JP6746751B2 - Image analysis device, image analysis method, and program - Google Patents

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Description

本発明の実施の形態は、画像解析装置、画像解析方法、およびプログラムに関する。 Embodiments of the present invention relate to an image analysis device, an image analysis method, and a program.

膝関節や股関節などに発症する変形性関節症などの外科手術などに先立ち、関節部を単純X線で撮影した二次元画像から骨の立体的な位置関係を推定する技術が知られている。 There is known a technique of estimating a three-dimensional positional relationship of bones from a two-dimensional image of a joint portion taken by a plain X-ray prior to a surgical operation such as osteoarthritis that occurs in a knee joint or a hip joint.

例えば、特許文献1には、CT画像やMR画像に基づいて、患者骨格とインプラント部品との相対的適合性を含む評価関数を生成することが開示されている。そして、特許文献1には、評価関数を、患者に適切なインプラントの選択や手術計画に用いることが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses that an evaluation function including relative compatibility between a patient skeleton and an implant part is generated based on a CT image or an MR image. Patent Document 1 discloses that the evaluation function is used for selecting an implant suitable for a patient and for surgical planning.

ここで、実際の人体の骨は、骨に付随する筋により発生する筋張力を受けており、筋張力により、関節部に作用する応力が変化する。しかし、従来では、筋によって作用する力を加味した応力の推定はなされておらず、実際の患者の関節部に作用する応力を高精度に算出することは出来なかった。 Here, the bones of an actual human body are subjected to muscle tension generated by the muscles associated with the bones, and the stress acting on the joint changes due to the muscle tension. However, conventionally, the stress that takes into consideration the force exerted by the muscle has not been estimated, and the stress that actually acts on the joint part of the patient cannot be calculated with high accuracy.

特開2006―263241号公報JP, 2006-263241, A

本発明が解決しようとする課題は、関節部に作用する応力を高精度に算出することができる、画像解析装置、画像解析方法、およびプログラムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an image analysis device, an image analysis method, and a program capable of calculating the stress acting on a joint with high accuracy.

実施の形態によれば、画像解析装置は、第1取得部と、構築部と、第1算出部と、第2算出部と、第3算出部と、を備える。第1取得部は、被検体の関節部および前記関節部に連続する骨部に関するCT画像を取得する。構築部は、前記CT画像から、前記骨部および前記関節部の三次元形状と、前記骨部および前記関節部における荷重と変形との関係特性と、を構築する。第1算出部は、前記関節部に連続する前記骨部の位置関係を算出する。第2算出部は、前記位置関係から、前記関節部に連続する前記骨部に筋によって作用する作用力を算出する。第3算出部は、前記三次元形状と前記関係特性とを示す第1力学モデルと、前記作用力と、に基づいて、前記関節部に作用する第1応力を算出する。 According to the embodiment, the image analysis device includes a first acquisition unit, a construction unit, a first calculation unit, a second calculation unit, and a third calculation unit. The first acquisition unit acquires a CT image of a joint part of the subject and a bone part continuous with the joint part. The construction unit constructs a three-dimensional shape of the bone part and the joint part and a relationship characteristic between load and deformation in the bone part and the joint part from the CT image. The first calculator calculates a positional relationship between the bone parts continuous to the joint part. The second calculator calculates the acting force exerted by the muscle on the bone part continuous with the joint part from the positional relationship. The third calculator calculates the first stress acting on the joint based on the first dynamic model indicating the three-dimensional shape and the relationship characteristic and the acting force.

画像解析装置の構成図。The block diagram of an image analysis apparatus. 第1力学モデルの模式図。The schematic diagram of a 1st dynamic model. 解析画像の模式図。The schematic diagram of an analysis image. 解析画像の模式図。The schematic diagram of an analysis image. 解析画像の模式図。The schematic diagram of an analysis image. 解析画像の模式図。The schematic diagram of an analysis image. 画像解析処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of an image analysis process. 画像解析装置の構成図。The block diagram of an image analysis apparatus. 人工関節モデルの模式図。The schematic diagram of an artificial joint model. 解析画像の模式図。The schematic diagram of an analysis image. 解析画像の模式図。The schematic diagram of an analysis image. 解析画像の模式図。The schematic diagram of an analysis image. 解析画像の模式図。The schematic diagram of an analysis image. 画像解析処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of an image analysis process. 画像解析装置の構成図。The block diagram of an image analysis apparatus. 外部装置の模式図。The schematic diagram of an external device. 画像解析処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of an image analysis process. 画像解析装置のハードウェア構成図。The hardware block diagram of an image analysis apparatus.

(第1の実施の形態)
以下、実施の形態の画像解析装置、画像解析方法、およびプログラムを、図面を参照して詳細に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, an image analysis device, an image analysis method, and a program according to embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本実施の形態の画像解析装置10の構成図である。本実施の形態の画像解析装置10は、被検体の関節を解析する装置である。 FIG. 1 is a configuration diagram of an image analysis device 10 according to the present embodiment. The image analysis device 10 of the present embodiment is a device that analyzes a joint of a subject.

画像解析装置10は、外部装置18に接続されている。外部装置18は、画像解析装置10における解析対象の画像情報を取得する装置である。解析対象の画像情報は、被検体の関節部および関節部に連続する骨部に関する画像情報である。具体的には、解析対象の画像情報は、被検体の関節部と、関節部に連続する骨部と、筋部と、を含む。筋部は、筋を含む。 The image analysis device 10 is connected to the external device 18. The external device 18 is a device that acquires image information to be analyzed by the image analysis device 10. The image information to be analyzed is image information about the joint part of the subject and the bone part continuous to the joint part. Specifically, the image information to be analyzed includes the joint of the subject, the bone that is continuous with the joint, and the muscle. The muscle portion includes a muscle.

外部装置18は、例えば、被検体をX線や磁気などを用いてスキャンすることにより、被検体の時系列のCT画像情報や、被検体の時系列のMR画像情報を得る。なお、画像解析装置10は、外部装置18を含む構成であってもよい。 The external device 18 obtains time-series CT image information of the subject and time-series MR image information of the subject by scanning the subject with X-rays or magnetism, for example. The image analysis device 10 may include the external device 18.

以下、本実施の形態で扱う解析対象の画像情報は、CT画像情報である場合を説明する。しかし、解析対象の画像情報は、CT画像情報に限定されない。例えば、解析対象の画像情報は、MR画像情報や超音波エコー画像情報であってもよい。 Hereinafter, a case where the image information to be analyzed handled in this embodiment is CT image information will be described. However, the image information to be analyzed is not limited to CT image information. For example, the image information to be analyzed may be MR image information or ultrasonic echo image information.

CT画像情報は、CT値の二次元空間分布を表現するスライスデータであってもよいし、CT値の三次元空間分布を表現するボリュームデータであってもよい。以下、CT画像情報はボリュームデータであるとする。外部装置18は、時系列のCT画像情報を画像解析装置10へ出力する。また、画像解析装置10は、他の装置や、時系列のCT画像を記憶した記憶部などから、解析対象のCT画像情報を取得してもよい。なお、画像解析装置10の解析対象の画像情報は、時系列の画像に限定されない。なお、以下では、解析対象の画像情報を、単に、画像、またはCT画像と称して説明する。 The CT image information may be slice data expressing a two-dimensional spatial distribution of CT values or volume data expressing a three-dimensional spatial distribution of CT values. Hereinafter, the CT image information is assumed to be volume data. The external device 18 outputs the time-series CT image information to the image analysis device 10. Further, the image analysis device 10 may acquire the CT image information to be analyzed from another device or a storage unit that stores time-series CT images. The image information to be analyzed by the image analysis device 10 is not limited to time-series images. In the following description, the image information to be analyzed will be simply referred to as an image or a CT image.

画像解析装置10は、制御部12と、UI部14と、記憶部16と、を備える。UI部14および記憶部16は、データや信号授受可能に制御部12に接続されている。また、制御部12は、外部装置18に接続されている。 The image analysis device 10 includes a control unit 12, a UI unit 14, and a storage unit 16. The UI unit 14 and the storage unit 16 are connected to the control unit 12 so that data and signals can be exchanged. The controller 12 is also connected to the external device 18.

UI部14は、入力部14Aと、表示部14Bと、を含む。入力部14Aは、ユーザからの各種指示や情報入力を受け付ける。入力部14Aは、例えば、キーボード、マウス、スイッチ、マイクなどである。 The UI unit 14 includes an input unit 14A and a display unit 14B. The input unit 14A receives various instructions and information inputs from the user. The input unit 14A is, for example, a keyboard, a mouse, a switch, a microphone, or the like.

表示部14Bは、CT画像や解析結果等の種々の情報を表示する。表示部14Bは、例えばCRTディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、プラズマディスプレイなどである。 The display unit 14B displays various information such as CT images and analysis results. The display unit 14B is, for example, a CRT display, a liquid crystal display, an organic EL display, a plasma display, or the like.

なお、UI部14は、入力部14Aと表示部14Bとを一体的に構成したタッチパネル機能を備えていてもよい。 The UI unit 14 may have a touch panel function in which the input unit 14A and the display unit 14B are integrally configured.

記憶部16は、ハードディスク装置等の種々の記憶媒体により構成される。記憶部16は、時系列のCT画像等の種々なデータを記憶する。例えば、記憶部16は、時系列のCT画像をDICOM(digital imaging and communications in medicine)規格に準拠した医用画像ファイル形式で記憶する。また、記憶部16は、制御部12などにより収集された医用データを時系列のCT画像に関連付けて記憶してもよい。 The storage unit 16 is composed of various storage media such as a hard disk device. The storage unit 16 stores various data such as time-series CT images. For example, the storage unit 16 stores the time-series CT images in a medical image file format that complies with DICOM (digital imaging and communications in medicine) standards. The storage unit 16 may store the medical data collected by the control unit 12 or the like in association with the time-series CT images.

制御部12は、画像解析装置10を制御する。制御部12は、第1取得部12Aと、第1算出部12Bと、第2算出部12Cと、受付部12Dと、構築部12Eと、第3算出部12Fと、生成部12Gと、表示制御部12Hと、を含む。第1取得部12A、第1算出部12B、第2算出部12C、受付部12D、構築部12E、第3算出部12F、生成部12G、および表示制御部12Hの一部またはすべては、例えば、CPU(Central Processing Unit)などの処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現してもよいし、IC(Integrated Circuit)などのハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。 The control unit 12 controls the image analysis device 10. The control unit 12 includes a first acquisition unit 12A, a first calculation unit 12B, a second calculation unit 12C, a reception unit 12D, a construction unit 12E, a third calculation unit 12F, a generation unit 12G, and a display control. And a portion 12H. Part or all of the first acquisition unit 12A, the first calculation unit 12B, the second calculation unit 12C, the reception unit 12D, the construction unit 12E, the third calculation unit 12F, the generation unit 12G, and the display control unit 12H are, for example, A processor such as a CPU (Central Processing Unit) may execute the program, that is, it may be realized by software, or may be realized by hardware such as an IC (Integrated Circuit), or software and hardware. You may implement together.

第1取得部12Aは、被検体の関節部および関節部に連続する骨部に関する画像を取得する。本実施の形態では、第1取得部12Aは、外部装置18から、CT画像を取得することによって、被検体の関節部および関節部に連続する骨部に関する画像(以下、CT画像と称する)を取得する。なお、予め記憶部16に被検体のCT画像を記憶してもよい。この場合、第1取得部12Aは、記憶部16から解析対象の被検体のCT画像を読取ることによって、CT画像を取得すればよい。 The first acquisition unit 12A acquires an image of a joint part of a subject and a bone part continuous to the joint part. In the present embodiment, the first acquisition unit 12A acquires an CT image from the external device 18 to obtain an image (hereinafter referred to as a CT image) of the joint part of the subject and a bone part continuous to the joint part. get. The CT image of the subject may be stored in the storage unit 16 in advance. In this case, the first acquisition unit 12A may acquire the CT image by reading the CT image of the subject to be analyzed from the storage unit 16.

第1取得部12Aは、取得したCT画像を、第1算出部12Bおよび構築部12Eへ出力する。 The first acquisition unit 12A outputs the acquired CT image to the first calculation unit 12B and the construction unit 12E.

構築部12Eは、第1取得部12Aが取得したCT画像から、骨部および関節部の三次元形状と、骨部および関節部の各々の荷重と変形との関係特性と、を構築する。 The constructing unit 12E constructs the three-dimensional shape of the bone and joint and the relational characteristics of the load and deformation of each bone and joint from the CT image acquired by the first acquiring unit 12A.

本実施の形態では、構築部12Eは、一例として、骨部および関節部の三次元形状と、荷重と変形との関係特性と、を少なくとも示す第1力学モデルを構築する場合を説明する。第1力学モデルは、骨部および関節部の三次元形状を示す骨関節形状モデルに、骨部および関節部の各々の荷重と変形との関係特性などを付加したデータである。荷重と変形との関係特性とは、荷重に対する変形の関係を示すものである。荷重と変形との関係特性は、例えば、硬さを示す。 In the present embodiment, the case where the construction unit 12E constructs a first dynamic model that shows at least the three-dimensional shapes of bones and joints and the relational characteristics between load and deformation will be described as an example. The first mechanical model is data in which relational characteristics between the load and the deformation of each of the bone and joint are added to the bone-joint shape model showing the three-dimensional shapes of the bone and joint. The relationship characteristic between load and deformation indicates the relationship of deformation with respect to load. The relationship characteristic between load and deformation indicates hardness, for example.

なお、以下では、説明を簡略化するために、荷重と変形との関係特性を、単に「硬さ」と称して説明する場合がある。しかし、本実施の形態で称する「硬さ」とは、上述したように、荷重と変形との関係特性の一例であり、該関係特性は硬さに限定されない。 In the following, in order to simplify the description, the relationship characteristic between the load and the deformation may be simply referred to as “hardness”. However, the "hardness" referred to in the present embodiment is an example of the relationship characteristic between load and deformation as described above, and the relationship characteristic is not limited to hardness.

具体的には、構築部12Eは、第1取得部12Aで取得したCT画像から、骨部領域を抽出する。例えば、解析対象の画像がCT画像である場合、硬い骨のCT値は1000HU程度であり、腱、靭帯、筋などの骨を除く結合組織である軟組織のCT値は0〜100HU前後である。このため、構築部12Eは、骨部と軟組織とを識別するためのCT値の閾値を予め設定する。なお、この閾値は、ユーザによる入力部14Aの操作などによって調整可能としてもよい。 Specifically, the construction unit 12E extracts the bone region from the CT image acquired by the first acquisition unit 12A. For example, when the image to be analyzed is a CT image, the CT value of hard bone is about 1000 HU, and the CT value of soft tissue that is connective tissue excluding bone such as tendon, ligament, and muscle is about 0 to 100 HU. Therefore, the constructing unit 12E presets the threshold value of the CT value for distinguishing between the bone part and the soft tissue. The threshold may be adjustable by the user operating the input unit 14A or the like.

そして、構築部12Eは、第1取得部12Aで取得したCT画像から、CT値が閾値以上の領域を抽出することで、関節部領域および骨部領域を抽出し、関節部および骨部の三次元形状を示す骨関節形状モデルを生成する。 Then, the construction unit 12E extracts the joint region and the bone region from the CT image acquired by the first acquisition unit 12A by extracting the region having the CT value equal to or more than the threshold value, and the tertiary region of the joint and the bone region is extracted. A bone joint shape model showing the original shape is generated.

例えば、画像解析装置10において、有限要素法(FEM:Finite Element Method)を用いた数値解析により、関節部の構造解析を行う場合には、構築部12Eは、三次元有限要素モデルを関節部および骨部の骨関節形状モデルとして生成する。有限要素法とは、解析対象領域を節点で囲まれたメッシュ状の領域(要素と称する)に分割し、変形を近似的に解く手法である。 For example, in the image analysis device 10, when the structural analysis of the joint part is performed by the numerical analysis using the finite element method (FEM: Finite Element Method), the construction part 12E defines the three-dimensional finite element model as the joint part It is generated as a bone joint shape model of the bone part. The finite element method is a method of dividing a region to be analyzed into mesh-shaped regions (called elements) surrounded by nodes and approximating the deformation.

さらに、構築部12Eは、骨関節形状モデルに、骨部および関節部の各々の荷重と変形との関係特性などを付加した第1力学モデルを生成する。ここで、CT値は、物性によって異なる。このため、構築部12Eは、CT値に応じて、骨部および関節部の硬さなどの、荷重と変形との関係特性を要素ごとに算出し、骨関節形状モデルの対応する位置の各要素に付加することで、第1力学モデルを生成する。さらに,得られた形状モデルに対し、不連続な箇所を除去するようなフィルタ処理をかけてもよい。 Further, the building unit 12E generates a first mechanical model in which the relational characteristics between the load and the deformation of each of the bone part and the joint part are added to the bone joint shape model. Here, the CT value differs depending on the physical properties. Therefore, the constructing unit 12E calculates, for each element, the relationship characteristic between the load and the deformation, such as the hardness of the bone portion and the joint portion, according to the CT value, and each element at the corresponding position of the bone joint shape model. To generate a first dynamic model. Further, the obtained shape model may be filtered so as to remove discontinuous portions.

ここで、変位には、剛体変位による変位と、各部の材料変形による変位と、が含まれる。このため、構築部12Eは、剛体変位による変位と、各部の材料変形による変位と、を分離して、各々の荷重と変形との関係特性を要素ごとに算出してもよい。 Here, the displacement includes displacement due to rigid body displacement and displacement due to material deformation of each part. Therefore, the construction unit 12E may separate the displacement due to the rigid body displacement from the displacement due to the material deformation of each part, and calculate the relational characteristics between each load and the deformation for each element.

具体的には、構築部12Eは、骨部および関節部以外の生体組織であって、荷重以外の要因による変形が生じにくく、且つ、荷重による変形が抽出可能な生体組織について、荷重と変形との第2関係特性を更に構築してもよい。荷重以外の要因とは、具体的には、筋繊維内の血液の充血度合や、筋繊維を構成するフィラメントのすべり運動などの、荷重以外の要因である。このような生体組織は、例えば、腱、靭帯、および軟骨である。 Specifically, the constructing unit 12E is a living tissue other than the bone portion and the joint portion, and is not likely to be deformed due to factors other than the load, and the deformation due to the load can be extracted, The second relationship characteristic of may be further constructed. The factors other than the load are specifically factors other than the load, such as the degree of hyperemia of blood in the muscle fibers and the sliding movement of the filaments forming the muscle fibers. Such living tissues are, for example, tendons, ligaments, and cartilage.

この場合、構築部12Eは、CT画像に含まれる、上記骨部または関節部に連続または付随する、腱、靭帯、軟骨について、変形量を画像解析および追尾技術により、荷重と変形との関係特性(第2関係特性とする)を要素ごとに算出すればよい。そして、構築部12Eは、骨関節形状モデルの対応する位置の各要素に、骨部および関節部の各々の関係特性と、腱や靭帯や軟骨などの生体組織の第2関係特性と、を付加することで、第1力学モデルを構築すればよい。 In this case, the constructing unit 12E uses the image analysis and tracking technology to analyze the deformation amount of the tendon, ligament, and cartilage that are continuous or associated with the bone or joint included in the CT image, and the relationship characteristics between the load and the deformation. It suffices to calculate (the second relation characteristic) for each element. Then, the constructing unit 12E adds the relationship characteristic of each of the bone portion and the joint portion and the second relationship characteristic of the biological tissue such as the tendon, the ligament, and the cartilage to each element at the corresponding position of the bone joint shape model. By doing so, the first dynamic model may be constructed.

図2は、第1力学モデル20の一例を模式的に示す図である。第1力学モデル20は、関節部24と、関節部24に連続する骨部22としての骨部22Aおよび骨部22Bと、の各々の三次元形状を示す骨関節形状モデルに、これらの関節部24および骨部22の荷重と変形との関係特性を付加したデータである。 FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the first dynamic model 20. The first mechanical model 20 includes a bone joint shape model showing the three-dimensional shape of each of the joint portion 24 and the bone portions 22A and 22B as the bone portions 22 continuous to the joint portion 24. 24 is data to which relational characteristics between load and deformation of the bone 24 and the bone portion 22 are added.

図1に戻り、本実施の形態では、構築部12Eは、CT値に応じて、骨部および関節部の硬さなどの、荷重と変形との関係特性を算出し、骨関節形状モデルの対応する位置の各要素に付加することで、第1力学モデルを生成する。 Returning to FIG. 1, in the present embodiment, the construction unit 12E calculates the relational characteristics between the load and the deformation, such as the hardness of the bones and joints, according to the CT value, and the correspondence of the bone joint shape model is calculated. The first dynamic model is generated by adding each element at the position to be turned.

ここで、構築部12Eが算出する、要素ごとの、荷重と変形との関係特性の算出方法の一例を説明する。 Here, an example of a method of calculating the relationship characteristic between the load and the deformation for each element calculated by the construction unit 12E will be described.

構築部12Eは、骨部や関節部(上述した、腱や靭帯や軟骨などの生体組織を含んでいてもよい)を対象として、腱部および骨端部には荷重条件を与える。また、構築部12Eは、骨端部(骨部の端部)および関節部に変位境界条件を与える。また、構築部12Eは、各生体組織に材料構成式を与える。そして、構築部12Eは、連続体力学(参考文献:”First Course in Continuum Mechanics (3rd Edition)”, Y.C. Fung)に基づいて、大変形・応力解析を行う。 The constructing unit 12E targets the bones and joints (which may include biological tissues such as tendons, ligaments, and cartilage described above) and applies load conditions to the tendons and the epiphyses. The construction unit 12E also applies displacement boundary conditions to the bone ends (the ends of the bones) and the joints. The construction unit 12E also gives a material constitutive equation to each living tissue. Then, the constructing unit 12E performs large deformation/stress analysis based on continuum mechanics (reference document: “First Course in Continuum Mechanics (3rd Edition)”, YC Fung).

大変形・応力解析とは、例えば、有限要素法により連続体力学の方程式を離散化したうえで、数値計算により各部の応力、ひずみ、圧力、変形といった物理量、およびその時間的変化を求めることを示す。大変形・応力解析は、等方的な変形の弾性解析だけではなく、骨部の異方性変形特性を考慮した均質化法による解析でもよく、また生体組織の非弾性変形特性や時間依存変形特性を考慮した非線形解析でもよく、静解析でも動解析でもよい。 Large deformation/stress analysis means, for example, discretizing the equations of continuum mechanics by the finite element method and then obtaining numerical values for physical quantities such as stress, strain, pressure, and deformation, and their temporal changes. Show. The large deformation/stress analysis is not limited to the elastic analysis of isotropic deformation, but may also be an analysis by a homogenization method that considers anisotropic deformation characteristics of bones. Non-linear analysis considering characteristics, static analysis or dynamic analysis may be used.

そして、構築部12Eは、第1取得部12Aで取得したCT画像から、大変形・応力解析により、骨部および関節部における各要素の、荷重と変形との関係特性を算出する。また、構築部12Eは、骨部および関節部以外の生体組織であって、荷重以外の要因による変形が生じにくく、且つ、荷重による変形が抽出可能な生体組織(腱、軟骨、靭帯など)について、画像解析および追尾技術により、荷重と変形との第2関係特性を更に構築(算出)する。そして、構築部12Eは、算出した関係特性と、第2関係特性と、を、骨関節形状モデルにおける対応する位置の各要素に付加することで、第1力学モデルを生成する。 Then, the constructing unit 12E calculates the relation characteristic between the load and the deformation of each element in the bone and joint by the large deformation/stress analysis from the CT image acquired by the first acquiring unit 12A. The construction unit 12E is a living tissue other than the bone portion and the joint portion, and is not likely to be deformed by factors other than the load, and the deformation due to the load can be extracted (tendon, cartilage, ligament, etc.) The second relationship characteristic between load and deformation is further constructed (calculated) by image analysis and tracking technology. Then, the constructing unit 12E generates the first dynamic model by adding the calculated relational characteristic and the second relational characteristic to each element at the corresponding position in the bone joint shape model.

なお、構築部12Eは、関係特性を、骨関節形状モデルにおける対応する位置の各要素に付加した(すなわち、第2関係特性を含まない)第1力学モデルを構築してもよい。しかし、第2関係特性を含む第1力学モデルを構築することが、後述する第1応力の算出精度向上の観点から好ましい。 The constructing unit 12E may construct the first dynamic model in which the relational characteristic is added to each element at the corresponding position in the bone joint shape model (that is, the second relational characteristic is not included). However, it is preferable to construct the first dynamic model including the second relation characteristic from the viewpoint of improving the calculation accuracy of the first stress described later.

図1に戻り、第1算出部12Bは、第1取得部12Aから受け付けたCT画像を用いて、関節部に連続する骨部の位置関係を算出する。 Returning to FIG. 1, the first calculation unit 12B calculates the positional relationship between the bone parts continuous to the joint part using the CT image received from the first acquisition unit 12A.

関節部に連続する骨部の位置関係は、関節部に連続する骨部間の関節部を中心とする角度(関節角)や、骨部の中心座標系、慣性モーメント、骨部の質量、筋ヤコビアン、などを含む。 The positional relationship between the bone parts continuous to the joint part includes the angle (joint angle) about the joint part between the bone parts continuous to the joint part, the central coordinate system of the bone part, the moment of inertia, the mass of the bone part, the muscle. Including Jacobian, etc.

本実施の形態では、第1算出部12Bは、第1取得部12Aから受け付けたCT画像を用いて、位置関係を算出し、筋骨格モデルを生成する。 In the present embodiment, the first calculation unit 12B calculates the positional relationship using the CT image received from the first acquisition unit 12A, and generates the musculoskeletal model.

筋骨格モデルとは、関節部と骨部の三次元形状を示す骨関節形状モデルに、筋部の三次元形状を配置し、上記位置関係を付与したものである。なお、筋骨格モデルは、更に、靭帯や腱の三次元形状を配置したモデルであってもよい。本実施の形態における筋部は、関節部に連続する2つの骨部の一方を起始部とし他方を停止部として結合した筋を意味する。 The musculoskeletal model is a bone-joint shape model showing the three-dimensional shapes of the joint and the bone, and the three-dimensional shape of the muscle is arranged and the above-mentioned positional relationship is given. The musculoskeletal model may be a model in which three-dimensional shapes of ligaments and tendons are further arranged. The muscle portion in the present embodiment means a muscle in which one of the two bone portions continuous to the joint portion is connected as a start portion and the other as a stop portion.

このため、筋骨格モデルは、関節部と関節部に連続する骨部との位置関係を少なくとも示すものとなる。なお、筋骨格モデルは、更に、骨部、関節部、および骨部に連結する筋部の各々の硬さや、重さ、などを含んでいてもよい。 Therefore, the musculoskeletal model at least shows the positional relationship between the joint portion and the bone portion continuous with the joint portion. The musculoskeletal model may further include the hardness and weight of each of the bone portion, the joint portion, and the muscle portion connected to the bone portion.

例えば、第1算出部12Bは、CT画像から、以下の手法を用いて筋骨格モデルを生成する。 For example, the first calculating unit 12B generates a musculoskeletal model from the CT image using the following method.

具体的には、第1算出部12Bは、構築部12Eと同様にして、第1取得部12Aで取得したCT画像から、CT値が閾値以上の領域を抽出することで、関節部領域および骨部領域を抽出し、関節部および骨部の三次元形状を示す骨関節形状モデルを生成する。また、第1算出部12Bは、CT画像から、軟組織(筋部)を示すCT値の領域を抽出することで、筋部領域を抽出し、骨関節形状モデルに筋部の三次元形状を配置する。 Specifically, the first calculating unit 12B extracts a region having a CT value equal to or more than a threshold value from the CT image acquired by the first acquiring unit 12A in the same manner as the construction unit 12E, and thereby the joint region and the bone The partial region is extracted, and a bone joint shape model showing the three-dimensional shape of the joint portion and the bone portion is generated. Further, the first calculation unit 12B extracts the region of the CT value indicating the soft tissue (muscle part) from the CT image to extract the muscle part region and arranges the three-dimensional shape of the muscle part in the bone joint shape model. To do.

そして、更に、第1算出部12Bは、CT画像から、関節部と関節部に連続する骨部との位置関係としての、関節角、骨部の中心座標系、慣性モーメント、骨部の質量、筋ヤコビアンを算出する。 Then, the first calculating unit 12B further determines, from the CT image, the joint angle, the central coordinate system of the bone part, the moment of inertia, the mass of the bone part, as the positional relationship between the joint part and the bone part continuous to the joint part. Calculate the muscle Jacobian.

例えば、第1算出部12Bは、生成した骨関節形状モデルから、骨部および関節部の各々について、特徴的な形状の箇所を数点抽出する。そして、第1算出部12Bは、それらの重心位置を中心とした座標系を、各骨部および関節部の各々の中心座標系として算出する。 For example, the first calculating unit 12B extracts, from the generated bone joint shape model, several points having characteristic shapes for each of the bone portion and the joint portion. Then, the first calculating unit 12B calculates a coordinate system centered on those barycentric positions as the central coordinate system of each bone and joint.

また第1算出部12Bは、上記各骨部および関節部の各々について、上記算出した中心座標系のそれぞれの軸回りで、下記式(1)を用いて慣性モーメントIを算出する。 The first calculator 12B calculates the moment of inertia I for each of the bones and joints around the respective axes of the calculated central coordinate system using the following formula (1).

I=Σmiri ・・・式(1) I=Σmir 2 ... Formula (1)

式(27)中、Iは慣性モーメントを示し、miは骨部および関節部をメッシュ状に細分化したときの要素の質量を示し、riは座標軸までの距離を示す。要素の質量は、予め記憶していた標準の密度と要素の体積から算出してよい。また、riは、骨関節形状モデルから算出すればよい。 In the equation (27), I represents the moment of inertia, mi represents the mass of the element when the bone part and the joint part are subdivided into a mesh, and ri represents the distance to the coordinate axis. The mass of the element may be calculated from the standard density and the volume of the element stored in advance. Further, ri may be calculated from the bone joint shape model.

また、第1算出部12Bは、関節角については、関節部に連続する隣り合う2つの骨部の座標系を座標変換することによって算出する。例えば、体幹に近い側の骨の座標系(同次変換行列)をTとし、先端側の骨の座標系を表す同次変換行列をTとすると、下記式(2)の関係が成り立つ。これらの座標系は、骨関節形状モデルから算出すればよい。 Further, the first calculator 12B calculates the joint angle by performing coordinate conversion on the coordinate system of two adjacent bones that are continuous with the joint. For example, if the trunk near the side of the bone coordinate system (homogeneous transformation matrix) and T a, the homogeneous transformation matrix representing the coordinate system of the distal bone and T b, the relationship of the following formula (2) It holds. These coordinate systems may be calculated from the bone joint shape model.

T=T −1 ・・・式(2) T = T b T a -1 ··· formula (2)

第1算出部12Bは、式(2)を用いて、x軸、y軸、およびz軸回りにそれぞれα,β,γで回転した時の行列と、Tと、を比較することによって、関節角α,β,γを算出する(オイラー角の定義)。 The first calculating unit 12B compares the matrix when rotated by α, β, γ around the x-axis, the y-axis, and the z-axis, respectively, and T with the formula (2), The angles α, β, γ are calculated (Euler angle definition).

また、第1算出部12Bは、筋ヤコビアンについては、下記式(3)を用いて算出する。 Further, the first calculator 12B calculates the muscle Jacobian using the following formula (3).

L=dl/dθ ・・・式(3) L=dl/dθ Equation (3)

式(3)中、Lは筋ヤコビアンを示し、dlは筋長の微小変化量を示し、dθは関節角の微小変化を示す。dlおよびdθは、予め定めた値を用いてもよいし、CT画像より抽出した筋と関節中心との幾何的関係から算出してもよい。 In the formula (3), L represents the muscle Jacobian, dl represents the minute change amount of the muscle length, and dθ represents the minute change of the joint angle. A predetermined value may be used for dl and dθ, or may be calculated from the geometrical relationship between the muscle extracted from the CT image and the joint center.

なお、慣性モーメント、骨部および関節部の質量、および筋ヤコビアンは、制御部12で予め標準的な値を算出し、標準位置関係として予め記憶部16に記憶してもよい。そして、第1算出部12Bは、記憶部16に記憶されている、慣性モーメント、骨部および関節部の質量、および筋ヤコビアンを用いてもよい。また、第1算出部12Bは、新たに慣性モーメント、骨部の質量、関節部の質量、および筋ヤコビアンの少なくとも1つを算出した場合には、算出後の値を新たな値として、記憶部16に記憶することによって、記憶部16を更新してもよい。 The inertial moment, the masses of the bones and joints, and the muscle Jacobian may be calculated in advance by the control unit 12 as standard values and stored in the storage unit 16 in advance as standard positional relationships. Then, the first calculator 12B may use the moment of inertia, the masses of the bones and joints, and the muscle Jacobian stored in the storage 16. In addition, when the first calculation unit 12B newly calculates at least one of the moment of inertia, the mass of the bone part, the mass of the joint part, and the muscle Jacobian, the calculated value is set as a new value, and the storage unit The storage unit 16 may be updated by storing the data in the storage unit 16.

そして、第1算出部12Bは、関節部と骨部の三次元形状を示す骨関節形状モデルに、筋部の三次元形状を配置し、算出した位置関係(関節角、骨部の中心座標系、慣性モーメント、骨部や関節部の質量、筋ヤコビアンなど)を付与することによって、筋骨格モデルを生成する。 Then, the first calculating unit 12B arranges the three-dimensional shape of the muscle portion in the bone joint shape model showing the three-dimensional shapes of the joint portion and the bone portion, and calculates the positional relationship (joint angle, central coordinate system of the bone portion). , Moment of inertia, mass of bones and joints, muscle Jacobian, etc.) to generate a musculoskeletal model.

なお、第1算出部12Bが、時系列のCT画像の各々から筋骨格モデルを生成することで、第1算出部12Bは、時系列の筋骨格モデルを生成することとなる。すなわち、第1算出部12Bは、時系列の筋骨格モデルを生成することによって、時系列で取得されたCT画像から抽出した骨部の位置の時間変化から、関節角の変化や筋の長さ変化も算出可能である。 The first calculating unit 12B generates the musculoskeletal model from each of the time-series CT images, so that the first calculating unit 12B generates the time-series musculoskeletal model. That is, the first calculating unit 12B generates a time-series musculoskeletal model to change the joint angle or the muscle length from the time change of the position of the bone part extracted from the CT images acquired in time series. Changes can also be calculated.

第2算出部12Cは、第1算出部12Bが算出した位置関係から、関節部に連続する骨部に筋によって作用する作用力を算出する。 The second calculating unit 12C calculates the acting force exerted by the muscle on the bone portion continuous with the joint portion, from the positional relationship calculated by the first calculating unit 12B.

作用力は、例えば、関節部に連続する骨部間に結合した筋の筋張力、および関節部に作用するトルクの少なくとも1つを含む。関節部に連続する骨部間に結合した筋とは、関節部に連続する2つの骨部の一方の骨部を起始部とし、他方の骨部を停止部として、これらの骨部に結合した筋を示す。 The acting force includes, for example, at least one of a muscle tension of a muscle coupled between bone parts continuous to the joint part and a torque acting on the joint part. The muscle connected between the bone parts continuous to the joint part means that one bone part of the two bone parts continuous to the joint part is the starting part and the other bone part is the stop part and is connected to these bone parts. Shows the streaked muscle.

具体的には、第2算出部12Cは、第1算出部12Bが算出した位置関係に基づいて、逆動力学計算を行うことによって、関節部に筋によって作用する作用力を算出する。 Specifically, the second calculator 12C calculates the acting force acting on the joint by the muscle by performing inverse dynamics calculation based on the positional relationship calculated by the first calculator 12B.

逆動力学計算には、関節部と関節部に連続する骨部との位置関係としての、関節角、骨部の中心座標系、慣性モーメント、骨部の質量、筋ヤコビアンが必要である。第2算出部12Cは、第1算出部12Bで算出された筋骨格モデルから、関節角、骨部の中心座標系、慣性モーメント、骨部の質量、および筋ヤコビアンを取得する。 The inverse dynamics calculation requires the joint angle, the central coordinate system of the bone part, the moment of inertia, the mass of the bone part, and the muscle Jacobian as the positional relationship between the joint part and the bone part continuous to the joint part. The second calculator 12C acquires the joint angle, the central coordinate system of the bone part, the moment of inertia, the mass of the bone part, and the muscle Jacobian from the musculoskeletal model calculated by the first calculator 12B.

そして、第2算出部12Cは、関節角、骨部の中心座標系、慣性モーメント、骨部の質量、および筋ヤコビアンを用いて、下記式(4)〜式(6)により、逆動力学計算を行うことによって、関節部に筋によって作用する作用力を算出する。なお、下記式(4)は、関節部に作用するトルクの算出式である。 Then, the second calculator 12C uses the joint angle, the central coordinate system of the bone part, the moment of inertia, the mass of the bone part, and the muscle Jacobian to calculate the inverse dynamics by the following formulas (4) to (6). By performing, the acting force acting by the muscle on the joint is calculated. The following formula (4) is a formula for calculating the torque acting on the joint.

各関節における運動方程式は、式(4)で表される。 The equation of motion at each joint is expressed by equation (4).

τ=Mdθ/dt+Ddθ/dt+G(θ) ・・・式(4) τ=Md 2 θ/dt 2 +Dd θ/dt+G(θ) (4)

式(4)中、τは関節部に作用するトルクを示し、θは関節角を示し、dθ/dtは、関節角速度を示す。また、dθ/dtは、関節角加速度を示し、Mは慣性モーメントを示し、Dは粘性抵抗を示し、G(θ)は重力項(姿勢によって変化)を示す。 In the equation (4), τ represents the torque acting on the joint, θ represents the joint angle, and dθ/dt represents the joint angular velocity. Further, d 2 θ/dt 2 indicates the joint angular acceleration, M indicates the moment of inertia, D indicates the viscous resistance, and G(θ) indicates the gravitational term (change depending on the posture).

なお、第2算出部12Cは、関節角速度(dθ/dt)については、第1算出部12Bで算出された時系列の筋骨格モデルを用いて、関節角の角速度を算出することにより得ればよい。また、第2算出部12Cは、関節角加速度(dθ/dt)については、第1算出部12Bで算出された時系列の筋骨格モデルを用いて、関節角の角速度を算出することにより得ればよい。粘性抵抗(D)については、予め計測し、記憶部16に記憶しておけばよい。重力項(G(θ))については、骨部の質量と重心位置から算出すればよい。 The second calculating unit 12C obtains the joint angular velocity (dθ/dt) by calculating the angular velocity of the joint angle using the time-series musculoskeletal model calculated by the first calculating unit 12B. Good. The second calculator 12C calculates the angular velocity of the joint angle using the time-series musculoskeletal model calculated by the first calculator 12B for the joint angular acceleration (d 2 θ/dt 2 ). Can be obtained by The viscous resistance (D) may be measured in advance and stored in the storage unit 16. The gravity term (G(θ)) may be calculated from the mass of the bone part and the position of the center of gravity.

なお、第1取得部12Aが取得したCT画像が、時系列の画像ではない場合(すなわち、ワンショットのCT画像である場合)、式(4)中の時間変化に関する項目を得ることはできない。このため、この場合には、第2算出部12Cは、τ=G(θ)として処理を進めればよい。 In addition, when the CT image acquired by the first acquisition unit 12A is not a time-series image (that is, a one-shot CT image), it is not possible to obtain the item regarding the time change in Expression (4). Therefore, in this case, the second calculator 12C may proceed with the process with τ=G(θ).

また、第2算出部12Cは、逆動力学計算を行うことにより、関節部に連続する骨部間に結合した筋の筋張力を算出する。 In addition, the second calculator 12C calculates the muscle tension of the muscle connected between the bones continuous to the joint by performing the inverse dynamics calculation.

ここで、付加荷重Fが関節部に作用している場合、仮想仕事の原理により、下記式(5)が成り立つ。 Here, when the additional load F is acting on the joint, the following formula (5) is established according to the principle of virtual work.

F+τ=Lm ・・・式(5)
m=(L−1(JF+τ) ・・・式(6)
J T F+τ=L T m (Equation (5))
m=(L T ) −1 (J T F+τ) Equation (6)

式(5)および式(6)中、Jは、関節角ヤコビアン(位置と関節角の微分関係)を示し、Lは、筋ヤコビアン(関節角と筋長の微分関係)を示し、mは、筋張力を示す。上記式(5)において、Lの逆行列を左辺に乗算することによって(式(6)参照)、第2算出部12Cは、筋張力mを算出する。 In Expressions (5) and (6), J represents the joint angle Jacobian (the differential relationship between the position and the joint angle), L represents the muscle Jacobian (the differential relationship between the joint angle and the muscle length), and m represents Indicates muscle tension. In the above formula (5), the second calculator 12C calculates the muscle tension m by multiplying the left side by the inverse matrix of L T (see formula (6)).

なお、第2算出部12Cは、式(6)および式(6)中の関節角ヤコビアン(J)については、付加荷重(ベクトル)を関節角(ベクトル)で偏微分することによって得ればよい。 The second calculator 12C may obtain the joint angle Jacobian (J) in the equations (6) and (6) by partially differentiating the additional load (vector) by the joint angle (vector). ..

以上の処理により、第2算出部12Cは、第1算出部12Bが算出した位置関係(筋骨格モデル)に基づいて、逆動力学計算を行うことによって、関節部に筋によって作用する作用力(筋張力や、関節部に作用するトルク)を算出する。 Through the above processing, the second calculation unit 12C performs the inverse dynamics calculation based on the positional relationship (musculoskeletal model) calculated by the first calculation unit 12B, and thereby the acting force exerted by the muscle on the joint ( Calculate the muscle tension and the torque that acts on the joint.

なお、第2算出部12Cは、筋の物理モデルとして、より実際の筋を模擬した粘弾性モデルを仮定することによって、作用力を算出してもよい。 Note that the second calculator 12C may calculate the acting force by assuming a viscoelastic model that simulates a more actual muscle as the physical model of the muscle.

次に、第3算出部12Fについて説明する。 Next, the third calculator 12F will be described.

第3算出部12Fは、構築部12Eが構築した三次元形状と、前記関係特性と、第2算出部12Cが算出した作用力と、に基づいて、関節部に作用する第1応力を算出する。本実施の形態では、第3算出部12Fは、構築部12Eが構築した第1力学モデルと、第2算出部12Cが算出した作用力と、に基づいて、関節部に作用する第1応力を算出する場合を説明する。すなわち、第3算出部12Fは、骨部と関節部との接触面における各要素(FEMにおける各要素)ごとに第1応力を算出する。 The third calculation unit 12F calculates the first stress acting on the joint based on the three-dimensional shape constructed by the construction unit 12E, the relationship characteristic, and the acting force calculated by the second calculation unit 12C. .. In the present embodiment, the third calculation unit 12F calculates the first stress acting on the joint based on the first dynamic model constructed by the construction unit 12E and the acting force calculated by the second calculation unit 12C. A case of calculating will be described. That is, the third calculator 12F calculates the first stress for each element (each element in the FEM) on the contact surface between the bone portion and the joint portion.

具体的には、第3算出部12Fは、第2算出部12Cによる逆動力学計算によって算出された、筋張力および関節部に作用するトルクを、第1力学モデルに対する外荷重の境界条件として与える。これにより、第3算出部12Fは、関節部を構造解析し、骨部と関節部との接触面である軟骨部に作用する第1応力を算出する。第1応力の算出には、公知の有限要素法(FEM)を用いた数値解析を用いればよい。 Specifically, the third calculating unit 12F gives the muscle tension and the torque acting on the joint, which are calculated by the inverse dynamics calculation by the second calculating unit 12C, as the boundary condition of the external load for the first dynamic model. .. Accordingly, the third calculator 12F structurally analyzes the joint, and calculates the first stress that acts on the cartilage, which is the contact surface between the bone and the joint. Numerical analysis using a known finite element method (FEM) may be used to calculate the first stress.

また、第3算出部12Fは、骨部と関節部との接触面における各要素の第1応力を算出することによって、関節部(すなわち、骨部と関節部との接触面)に作用する第1応力の分布を算出する。 The third calculator 12F calculates the first stress of each element on the contact surface between the bone and the joint, thereby acting on the joint (that is, the contact surface between the bone and the joint). 1 Calculate the stress distribution.

生成部12Gは、第3算出部12Fで算出された、関節部に作用する第1応力を示す第1応力画像を含む解析画像を生成する。第1応力画像は、被検体の骨部と関節部との接触面における第1応力の作用する応力領域を、第1応力の強さに応じた色濃度で示した応力画像である。なお、本実施の形態では、色濃度は、色および濃度の少なくとも一方を示す。 The generation unit 12G generates an analysis image including a first stress image that indicates the first stress acting on the joint calculated by the third calculation unit 12F. The first stress image is a stress image in which a stress region in which the first stress acts on the contact surface between the bone part and the joint part of the subject is shown with a color density corresponding to the intensity of the first stress. In this embodiment, the color density indicates at least one of color and density.

本実施の形態では、生成部12Gは、骨部の三次元形状を示す骨部画像に、骨部と関節部との接触面における第1応力の作用する応力領域を、第1応力の強さに応じた色濃度で示す応力画像を、第1応力画像として生成する。 In the present embodiment, the generation unit 12G determines, in the bone part image showing the three-dimensional shape of the bone part, the stress region in which the first stress acts on the contact surface between the bone part and the joint part as the strength of the first stress. A stress image represented by a color density corresponding to is generated as the first stress image.

受付部12Dは、入力部14Aからユーザによる各種操作指示を受付ける。 The reception unit 12D receives various operation instructions from the user from the input unit 14A.

表示制御部12Hは、生成部12Gが生成した第1応力画像30を含む解析画像34を、表示部14Bに表示する制御を行う(図3〜図6参照)。 The display control unit 12H controls the display unit 14B to display the analysis image 34 including the first stress image 30 generated by the generation unit 12G (see FIGS. 3 to 6).

図3は、解析画像34の一例を示す図である。例えば、解析画像34は、第1力学モデル画像32と、第1応力画像30と、を含む。なお、解析画像34は、少なくとも第1応力画像30を含む画像であればよい。解析画像34が第1力学モデル画像32を含む場合、生成部12Gは第1力学モデル画像32を生成し、第1力学モデル画像32と第1応力画像30を含む解析画像34を生成すればよい。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the analysis image 34. For example, the analysis image 34 includes the first dynamic model image 32 and the first stress image 30. The analysis image 34 may be an image including at least the first stress image 30. When the analysis image 34 includes the first dynamic model image 32, the generation unit 12G may generate the first dynamic model image 32 and generate the analysis image 34 including the first dynamic model image 32 and the first stress image 30. ..

第1応力画像30は、骨部画像40と、骨部と関節部との接触面における第1応力の作用する応力領域42を、作用する第1応力の強さに応じた色濃度で示した応力画像である。図3に示す例では、応力領域42は、第1応力が「0」であることを示す色濃度で示されている。 The first stress image 30 shows the bone part image 40 and the stress region 42 in which the first stress acts on the contact surface between the bone part and the joint part, with the color density according to the strength of the first stress acting. It is a stress image. In the example shown in FIG. 3, the stress region 42 is indicated by the color density indicating that the first stress is “0”.

なお、第1応力画像30は、第1応力の強さに対応する色濃度を示すゲージ36を更に含んでいてもよい。 The first stress image 30 may further include a gauge 36 that indicates the color density corresponding to the strength of the first stress.

ゲージ36は、例えば、第1応力の強さに対応する色濃度の一覧と、各色濃度に対応する第1応力の値と、を対応づけて表示したものである。すなわち、図3に示す例では、応力領域42は、ゲージ36に示される、第1応力が「0」であることを示す色濃度(3614)、で示されている。このため、ユーザは第1応力画像30を視認することにより、応力領域42に値「0」の第1応力が作用していることを、容易に確認することができる。 The gauge 36 displays, for example, a list of color densities corresponding to the intensity of the first stress and the values of the first stress corresponding to each color density in association with each other. That is, in the example shown in FIG. 3, the stress region 42 is indicated by the color density (36 14 ) indicated by the gauge 36 and indicating that the first stress is “0”. Therefore, the user can easily confirm that the first stress of the value “0” is acting on the stress region 42 by visually recognizing the first stress image 30.

解析画像34は、第1力学モデルを示す第1力学モデル画像32を更に含んでいてもよい。第1力学モデル画像32は、形状モデル画像44と、ゲージ38と、を含む。 The analysis image 34 may further include the first dynamic model image 32 showing the first dynamic model. The first dynamic model image 32 includes a shape model image 44 and a gauge 38.

形状モデル画像44は、骨部と関節部との接触面に作用する第1応力の分布および強さが、同じ解析画像34に含まれる第1応力画像30に示される第1応力の分布および強さであるときの、骨部と関節部との位置関係を三次元形状で示す画像である。 In the shape model image 44, the distribution and strength of the first stress acting on the contact surface between the bone portion and the joint portion are the same as those of the first stress image 30 included in the same analysis image 34. 3 is an image showing a three-dimensional shape of the positional relationship between the bone part and the joint part in the case of the height.

ゲージ38は、荷重と変形との関係特性の強さに応じた色濃度の一覧と、各色濃度に対応する関係特性の値と、を対応づけて表示した画像である。形状モデル画像44には、荷重と変形との関係特性の値に応じた色濃度が付与されている。 The gauge 38 is an image in which a list of color densities corresponding to the strength of the relationship characteristics between load and deformation and the values of the relationship characteristics corresponding to each color density are displayed in association with each other. The shape model image 44 is provided with a color density according to the value of the relationship characteristic between load and deformation.

生成部12Gが、第1応力画像30を含む解析画像34を生成することで、表示部14Bには、例えば、図3に示す解析画像34が表示される。このため、画像解析装置10は、骨部と関節部との接触面における第1応力の作用する応力領域42を、第1応力の強さに応じた色濃度で示した第1応力画像30を表示することができる。よって、画像解析装置10は、骨部と関節部との接触面における、各強さの第1応力の作用する位置や範囲を、ユーザに対して解り易く提供することができる。 By the generation unit 12G generating the analysis image 34 including the first stress image 30, the display unit 14B displays the analysis image 34 illustrated in FIG. 3, for example. Therefore, the image analysis device 10 displays the first stress image 30 in which the stress region 42 in which the first stress acts on the contact surface between the bone part and the joint part is shown with the color density corresponding to the intensity of the first stress. Can be displayed. Therefore, the image analysis device 10 can easily provide the user with the position and range on the contact surface between the bone portion and the joint portion where the first stress of each strength acts.

また、生成部12Gが、第1応力画像30と、第1力学モデル画像32と、を含む解析画像34を生成することで、表示部14Bには、例えば、図3に示す解析画像34が表示される。このため、画像解析装置10は、第1応力画像30によって示される第1応力が作用しているときの、関節部24と骨部22との位置関係を解り易く提供することができる。 In addition, the generation unit 12G generates the analysis image 34 including the first stress image 30 and the first dynamic model image 32, so that the display unit 14B displays the analysis image 34 illustrated in FIG. 3, for example. To be done. Therefore, the image analysis device 10 can easily provide the positional relationship between the joint portion 24 and the bone portion 22 when the first stress indicated by the first stress image 30 is acting.

ここで、生成部12Gは、関節部24と骨部22との位置関係を変化させ、位置関係の変化に応じた第1応力画像30および第1力学モデル画像32を生成してもよい。 Here, the generation unit 12G may change the positional relationship between the joint portion 24 and the bone portion 22 and generate the first stress image 30 and the first dynamic model image 32 according to the change in the positional relationship.

例えば、生成部12Gは、関節部24と骨部22との位置関係が、関節部24を中心とした関節部24に連続する2つの骨部22の成す角度(関節角)を、180°から45°の間で変化させたときの、関節部24に作用する第1応力を算出するように、第1算出部12B、構築部12E、第2算出部12C、および第3算出部12Fを制御する。そして、生成部12Gは、関節角に応じた、第1応力の分布を第3算出部12Fから取得する。 For example, the generation unit 12G determines that the positional relationship between the joint portion 24 and the bone portion 22 is from 180° to the angle (joint angle) formed by the two bone portions 22 continuous with the joint portion 24 with the joint portion 24 as the center. The first calculator 12B, the constructing unit 12E, the second calculator 12C, and the third calculator 12F are controlled so as to calculate the first stress acting on the joint 24 when the angle is changed between 45°. To do. Then, the generation unit 12G acquires the distribution of the first stress according to the joint angle from the third calculation unit 12F.

なお、第1取得部12Aが取得した時系列のCT画像が、関節角を変化させた(例えば、180°から45°などの間で変化させた)画像であったとする。この場合、第1取得部12Aで取得した時系列のCT画像の各々を用いて、第1算出部12B、第2算出部12C、構築部12E、および第3算出部12Fが上記処理を行い、各関節角に応じた第1応力の分布を算出する。このため、この場合には、生成部12Gは、関節角に応じた第1応力の分布を、第3算出部12Fから取得すればよい。 It is assumed that the time-series CT images acquired by the first acquisition unit 12A are images in which the joint angle is changed (for example, changed between 180° and 45°). In this case, using each of the time-series CT images acquired by the first acquisition unit 12A, the first calculation unit 12B, the second calculation unit 12C, the construction unit 12E, and the third calculation unit 12F perform the above processing, The distribution of the first stress according to each joint angle is calculated. Therefore, in this case, the generation unit 12G may acquire the distribution of the first stress according to the joint angle from the third calculation unit 12F.

そして、生成部12Gは、各関節角に応じた第1応力画像30を生成する。表示制御部12Hは、生成部12Gで生成された第1応力画像30を含む解析画像34を、表示部14Bに表示する。このとき、生成部12Gは、第1力学モデル画像32を生成し、第1応力画像30と第1力学モデル画像32を含む解析画像34を生成してもよい。 Then, the generation unit 12G generates the first stress image 30 corresponding to each joint angle. The display control unit 12H displays the analysis image 34 including the first stress image 30 generated by the generation unit 12G on the display unit 14B. At this time, the generation unit 12G may generate the first dynamic model image 32 and generate the analysis image 34 including the first stress image 30 and the first dynamic model image 32.

この場合、表示制御部12Hが解析画像34を表示部14Bに表示することによって、例えば、図3、図4、図5に示す解析画像34が表示部14Bに表示される。 In this case, the display control unit 12H displays the analysis image 34 on the display unit 14B, so that, for example, the analysis image 34 illustrated in FIGS. 3, 4, and 5 is displayed on the display unit 14B.

図3は、関節部24に連続する2つの骨部22Aと骨部22Bとの成す角度(関節角)が約180°であるときの第1力学モデル画像32Aと、第1応力画像30Aと、を含む解析画像34Aの一例を示す図である。図3に示す例では、応力領域42は、ゲージ36に示される、第1応力が「0」であることを示す色濃度(3614)、で示されている。 FIG. 3 shows a first dynamic model image 32A and a first stress image 30A when an angle (joint angle) formed by two bone parts 22A and 22B continuous to the joint part 24 is about 180°. It is a figure which shows an example of the analysis image 34A containing. In the example shown in FIG. 3, the stress region 42 is indicated by the color density (36 14 ) which is indicated by the gauge 36 and indicates that the first stress is “0”.

図4は、関節部24に連続する2つの骨部22Aと骨部22Bとの成す角度(関節角)が約120°であるときの第1力学モデル画像32Bと、第1応力画像30Bと、を含む解析画像34Bの一例を示す図である。図4に示す例では、骨部と関節部との接触面における、応力領域42は、第1応力「8×10-1」を示す色濃度36で示されている。また、応力領域42は、第1応力「5.333×10−1」を示す色濃度36で示されている。また、応力領域42は、第1応力「4.0×10−1」を示す色濃度36で示され、最も外側の応力領域4214は、第1応力「0」を示す色濃度3614で示されている。 FIG. 4 shows a first dynamic model image 32B and a first stress image 30B when an angle (joint angle) formed by two bone portions 22A and 22B continuous to the joint portion 24 is about 120°. It is a figure which shows an example of the analysis image 34B containing. In the example shown in FIG. 4, the stress region 42 1 in the contact surface between the bone portion and the joint portion is indicated by the color density 36 1 indicating the first stress “8×10 −1 ”. Further, the stress area 42 5, are indicated by color density 36 5 showing a first stress "5.333 × 10 -1". Further, the stress region 42 8 is indicated by the color density 36 8 showing a first stress "4.0 × 10 -1", the outermost stress regions 42 14, color density shows a first stress "0" 36 It is shown at 14 .

また、図4では、解析画像34Bに含まれる第1力学モデル画像32Bは、骨部22Aと骨部22Bとの成す角度が約120°であることを示す画像となっている。 Further, in FIG. 4, the first mechanical model image 32B included in the analysis image 34B is an image showing that the angle between the bone portion 22A and the bone portion 22B is approximately 120°.

図5は、関節部24に連続する2つの骨部22Aと骨部22Bとの成す角度(関節角)が約90°であるときの第1力学モデル画像32Cと、第1応力画像30Cと、を含む解析画像34Cの一例を示す図である。図4と同様に、図5に示す例では、各応力領域42が、作用する第1応力の強さに応じた色濃度で表されている。なお、図4に示す応力領域42の色濃度に比べて、図5に示す応力領域42では、第1応力の強い領域の範囲が大きくなっている。 FIG. 5 shows a first dynamic model image 32C and a first stress image 30C when an angle (joint angle) formed by two bone portions 22A and 22B continuous to the joint portion 24 is about 90°. It is a figure which shows an example of 34 C of analysis images containing. Similar to FIG. 4, in the example shown in FIG. 5, each stress region 42 is represented by a color density corresponding to the strength of the first stress acting. In the stress region 42 shown in FIG. 5, the range of the region where the first stress is strong is larger than the color density of the stress region 42 shown in FIG.

このように、生成部12Gが、関節部24と骨部22との位置関係の変化に応じた第1応力画像30(第1応力画像30A、30B、30C)や、第1力学モデル画像32(第1力学モデル画像32A、32B、32C)を生成する。そして、表示制御部12Hは、これらの位置関係の変化に応じた第1応力画像30(第1応力画像30A、30B、30C)や、第1力学モデル画像32(第1力学モデル画像32A、32B、32C)を、表示部14Bに表示する。 Thus, the generation unit 12G causes the first stress image 30 (first stress images 30A, 30B, 30C) and the first dynamic model image 32 (according to the change in the positional relationship between the joint portion 24 and the bone portion 22) to be generated. First dynamic model images 32A, 32B, 32C) are generated. Then, the display control unit 12H causes the first stress image 30 (first stress images 30A, 30B, 30C) and the first dynamic model image 32 (first dynamic model images 32A, 32B) corresponding to changes in these positional relationships. , 32C) are displayed on the display unit 14B.

このため、画像解析装置10は、関節部24と骨部22との位置関係の変化に応じた、骨部と関節部との接触面における、第1応力の強さや第1応力の作用する位置や範囲を、ユーザに対して解り易く提供することができる。 Therefore, the image analysis device 10 determines the strength of the first stress and the position where the first stress acts on the contact surface between the bone part and the joint part according to the change in the positional relationship between the joint part 24 and the bone part 22. The range and the range can be easily provided to the user.

なお、ユーザによる入力部14Aの操作によって、関節角が入力されたときに、生成部12Gは、入力された関節角に応じた第1応力画像30や第1力学モデル画像32を生成してもよい。そして、表示制御部12Hが、入力された関節角に応じて生成された第1応力画像30や第1力学モデル画像32を含む解析画像34を表示部14Bに表示してもよい。また、ユーザによる入力部14Aの操作によって、位置関係を変化させた解析画像の表示が指示された場合、表示制御部12Hは、生成された関節角に応じた第1応力画像30や第1力学モデル画像32を、関節角が大きい順または小さい順に順次切り替えて表示部14Bに表示してもよい。 In addition, when the joint angle is input by the operation of the input unit 14A by the user, the generation unit 12G may generate the first stress image 30 and the first dynamic model image 32 according to the input joint angle. Good. Then, the display control unit 12H may display the analysis image 34 including the first stress image 30 and the first dynamic model image 32 generated according to the input joint angle on the display unit 14B. In addition, when the user operates the input unit 14A to instruct to display the analysis image in which the positional relationship is changed, the display control unit 12H causes the first stress image 30 and the first dynamics corresponding to the generated joint angle. The model images 32 may be sequentially displayed in the display unit 14B in order of increasing or decreasing joint angles.

なお、表示制御部12Hは、ユーザによって指示された強さの第1応力の応力領域42を選択的に含む、第1応力画像30を表示部14Bに表示してもよい。 The display control unit 12H may display the first stress image 30 on the display unit 14B, the first stress image 30 selectively including the stress region 42 of the first stress of the strength designated by the user.

この場合、例えば、表示制御部12Hが解析画像34を表示部14Bに表示しているときに、ゲージ36に示される所定の強さの第1応力がユーザによる入力部14Aの操作指示によって指示されたとする。受付部12Dは、ユーザによって指示された第1応力の強さを示す信号を、入力部14Aから受け付ける。 In this case, for example, when the display control unit 12H is displaying the analysis image 34 on the display unit 14B, the first stress having a predetermined strength indicated by the gauge 36 is instructed by an operation instruction of the input unit 14A by the user. Suppose The reception unit 12D receives a signal indicating the intensity of the first stress instructed by the user from the input unit 14A.

表示制御部12Hは、第1応力画像30を含む解析画像34を表示部14Bに表示しているときに、受付部12Dから第1応力の強さを示す信号を受け付けると、表示している第1応力画像30における応力領域42の内、指示された強さの第1応力の作用する応力領域42のみを選択的に示す第1応力画像30を表示部14Bに表示する。 When the display control unit 12H receives the signal indicating the intensity of the first stress from the reception unit 12D while displaying the analysis image 34 including the first stress image 30 on the display unit 14B, the display control unit 12H displays the first stress image. Of the stress regions 42 in the 1-stress image 30, the first stress image 30 selectively showing only the stress regions 42 on which the first stress of the designated strength acts is displayed on the display unit 14B.

この場合、例えば、図5に示す第1応力画像30Cが表示部14Bに表示されているときに、ユーザによる入力部14Aの操作指示によって、ゲージ36における第1応力「8×10-1」を示す色濃度36の表示領域が指示されたとする。この場合、表示制御部12Hは、骨部と関節部との接触面における、色濃度36に対応する強さの第1応力「8×10-1」の作用する応力領域42を、選択的に示した第1応力画像30Dを表示部14Bに表示すればよい(図6参照)。 In this case, for example, when the first stress image 30C shown in FIG. 5 is displayed on the display unit 14B, the first stress “8×10 −1 ” in the gauge 36 is given by the operation instruction of the input unit 14A by the user. the display area of the color density 36 1 shown is instructed. In this case, the display control unit 12H is at the interface between the bone and the joint, the stress area 42 1 which acts in the intensity of the first stress corresponding to the color density 36 1 "8 × 10 -1", selected The first stress image 30D shown schematically may be displayed on the display unit 14B (see FIG. 6).

なお、表示制御部12Hは、ユーザによって指示された強さの第1応力の応力領域42を他の領域に比べて強調表示してもよい。 The display control unit 12H may emphasize the stress region 42 of the first stress having the strength designated by the user, as compared with the other regions.

また、表示制御部12Hは、ユーザによって指示された強度範囲の第1応力の応力領域42を選択的に含む、第1応力画像30を表示部14Bに表示してもよい。この場合には、表示制御部12Hは、ユーザによって指示された強度範囲の第1応力の作用する応力領域42を選択的に示す第1応力画像30を、表示部14Bに表示すればよい。 Further, the display control unit 12H may display the first stress image 30 on the display unit 14B, which selectively includes the stress region 42 of the first stress in the strength range designated by the user. In this case, the display control unit 12H may display, on the display unit 14B, the first stress image 30 that selectively shows the stress region 42 in which the first stress acts in the strength range designated by the user.

次に、画像解析装置10が実行する画像解析処理の手順を説明する。図7は、画像解析装置10が実行する画像解析処理の手順の一例を示すフローチャートである。 Next, the procedure of the image analysis process executed by the image analysis apparatus 10 will be described. FIG. 7 is a flowchart showing an example of the procedure of the image analysis processing executed by the image analysis apparatus 10.

まず、受付部12Dが入力部14Aから解析指示を受付けたか否かを判断する(ステップS100)。例えば、ユーザは、入力部14Aを操作することによって、画像解析、または解析画像の表示を指示する。受付部12Dは、入力部14Aから画像解析を示す信号を受け付けると、解析指示を受付けたと判断する(ステップS100:Yes)。 First, the receiving unit 12D determines whether the analysis instruction is received from the input unit 14A (step S100). For example, the user operates the input unit 14A to instruct image analysis or display of an analysis image. When receiving the signal indicating the image analysis from the input unit 14A, the reception unit 12D determines that the analysis instruction has been received (step S100: Yes).

ステップS100で肯定判断すると(ステップS100:Yes)、第1取得部12AがCT画像を取得する(ステップS102)。 When a positive determination is made in step S100 (step S100: Yes), the first acquisition unit 12A acquires a CT image (step S102).

次に、構築部12Eが、ステップS102で取得したCT画像から、第1力学モデルを構築する(ステップS104)。 Next, the construction unit 12E constructs a first dynamic model from the CT image acquired in step S102 (step S104).

次に、第1算出部12Bが、ステップS102で取得したCT画像を用いて、関節部に連続する骨部の位置関係を算出する(ステップS106)。 Next, the 1st calculation part 12B calculates the positional relationship of the bone part which follows a joint part using the CT image acquired by step S102 (step S106).

次に、第2算出部12Cが、第1算出部12Bが算出した位置関係から、関節部に連続する骨部に筋によって作用する作用力を算出する(ステップS108)。 Next, the second calculating unit 12C calculates the acting force exerted by the muscle on the bone part continuous to the joint part from the positional relationship calculated by the first calculating unit 12B (step S108).

次に、第3算出部12Fが、構築部12EがステップS104で構築した第1力学モデルと、第2算出部12CがステップS108で算出した作用力と、に基づいて、関節部に作用する第1応力を算出する(ステップS110)。 Next, the third calculating unit 12F acts on the joint based on the first dynamic model constructed by the constructing unit 12E in step S104 and the acting force computed by the second calculating unit 12C in step S108. One stress is calculated (step S110).

次に、生成部12Gが、ステップS110で算出した第1応力を示す第1応力画像を生成する(ステップS112)。本実施の形態では、上述したように、生成部12Gは、第1応力画像を含む解析画像を生成する。 Next, the generation unit 12G generates a first stress image showing the first stress calculated in step S110 (step S112). In the present embodiment, as described above, the generation unit 12G generates the analysis image including the first stress image.

次に、生成部12Gは、ステップS112で生成した解析画像を記憶部16に記憶する(ステップS114)。そして、本ルーチンを終了する。なお、ステップS114では、生成部12Gは、ステップS112で生成した解析画像を、該解析画像を識別する識別情報に対応づけて記憶部16に記憶することが好ましい。この識別情報は、例えば、ステップS102で取得したCT画像の被検体の被検体ID、CT画像の撮影日時、解析画像の生成日時、および該CT画像に含まれる関節部の関節角、の少なくとも1つを含むことが好ましい。この場合、例えば、第1取得部12Aは、CT画像と共に、該CT画像の被検体の被検体IDと、CT画像の撮影日時と、を取得すればよい。そして、生成部12Gは、該被検体IDおよび撮影日時を、識別情報として用いればよい。また、生成部12Gは、解析画像に含まれる第1応力画像に含まれる関節部の関節角を、第2算出部12Cから受付ければよい。そして、生成部12Gは、受付けた関節角を識別情報として用いればよい。 Next, the generation unit 12G stores the analysis image generated in step S112 in the storage unit 16 (step S114). Then, this routine ends. In step S114, the generation unit 12G preferably stores the analysis image generated in step S112 in the storage unit 16 in association with the identification information for identifying the analysis image. This identification information is, for example, at least one of the subject ID of the subject of the CT image acquired in step S102, the date and time of the CT image, the date and time of generation of the analysis image, and the joint angle of the joint included in the CT image. It is preferable to include one. In this case, for example, the first acquisition unit 12A may acquire the CT image, the object ID of the object of the CT image, and the imaging date and time of the CT image. Then, the generation unit 12G may use the subject ID and the shooting date and time as identification information. Further, the generation unit 12G may receive the joint angle of the joint portion included in the first stress image included in the analysis image from the second calculation unit 12C. Then, the generation unit 12G may use the accepted joint angle as identification information.

一方、上記ステップS100で受付部12Dが否定判断すると(ステップS100:No)、ステップS116へ進む。例えば、受付部12Dは、入力部14Aから解析画像の表示を示す信号を受け付けると、ステップS100で否定判断する。次に、受付部12Dは、表示指示を受付けたか否かを判断する。例えば、受付部12Dは、入力部14Aから解析画像の表示指示を受付けたか否かを判断する。ステップS116で肯定判断すると(ステップS116:Yes)、ステップS118へ進む。一方、ステップS116で否定判断すると(ステップS116:No)、本ルーチンを終了する。 On the other hand, when the receiving unit 12D makes a negative determination in step S100 (step S100: No), the process proceeds to step S116. For example, when the reception unit 12D receives a signal indicating the display of the analysis image from the input unit 14A, the reception unit 12D makes a negative determination in step S100. Next, the reception unit 12D determines whether or not a display instruction has been received. For example, the reception unit 12D determines whether or not the display instruction of the analysis image is received from the input unit 14A. If an affirmative decision is made in step S116 (step S116: Yes), the operation proceeds to step S118. On the other hand, if a negative decision is made in step S116 (step S116: No), this routine is ended.

次に、表示制御部12Hは、記憶部16に記憶されている解析画像を読取る(ステップS118)。そして、表示制御部12Hは、読取った解析画像を表示部14Bに表示する制御を行う(ステップS120)。そして、本ルーチンを終了する。 Next, the display control unit 12H reads the analysis image stored in the storage unit 16 (step S118). Then, the display control unit 12H performs control to display the read analysis image on the display unit 14B (step S120). Then, this routine ends.

なお、ステップS118の処理において、表示制御部12Hは、記憶部16に記憶されている解析画像の一覧、および解析画像に対応する識別情報の一覧、の少なくとも一方を読取り、表示部14Bに表示してもよい。そして、ユーザは、入力部14Aを操作することにより、表示対象の解析画像または表示対象の解析画像に対応する識別情報を選択する。受付部12Dが、表示対象の解析画像または識別情報を示す信号を入力部14Aから受け付けると、表示制御部12Hは、受付けた解析画像を示す信号、または受け付けた識別情報を示す信号に対応する解析画像を記憶部16から読取り、表示部14Bに表示してもよい。 In the process of step S118, the display control unit 12H reads at least one of the list of analysis images stored in the storage unit 16 and the list of identification information corresponding to the analysis images, and displays it on the display unit 14B. May be. Then, the user operates the input unit 14A to select the analysis image to be displayed or the identification information corresponding to the analysis image to be displayed. When the accepting unit 12D accepts the analysis image to be displayed or the signal indicating the identification information from the input unit 14A, the display control unit 12H analyzes the signal indicating the accepted analysis image or the signal indicating the accepted identification information. The image may be read from the storage unit 16 and displayed on the display unit 14B.

なお、図7に示す画像解析処理の手順は一例であり、画像解析装置10が実行する画像解析処理の手順は、図7に示す順序に限定されない。例えば、ステップS106〜ステップS108の処理を行った後に、ステップS104の処理を行ってもよい。また、ステップ104の処理と、ステップS106〜ステップS108の処理と、を並列して行ってもよい。 The procedure of the image analysis processing shown in FIG. 7 is an example, and the procedure of the image analysis processing executed by the image analysis apparatus 10 is not limited to the order shown in FIG. 7. For example, the processing of step S104 may be performed after the processing of steps S106 to S108. Further, the processing of step 104 and the processing of steps S106 to S108 may be performed in parallel.

以上説明したように、本実施の形態の画像解析装置10は、第1取得部12Aと、構築部12Eと、第1算出部12Bと、第2算出部12Cと、第3算出部12Fと、を備える。第1取得部12Aは、被検体の関節部および関節部に連続する骨部に関する画像を取得する。構築部12Eは、画像から、骨部および関節部の三次元形状と、骨部および関節部における荷重と変形との関係特性と、を構築する。第1算出部12Bは、関節部に連続する骨部の位置関係を算出する。第2算出部12Cは、位置関係から、関節部に連続する骨部に筋によって作用する作用力を算出する。第3算出部12Fは、骨部および関節部の三次元形状と、荷重と変形との関係特性と作用力と、に基づいて、関節部に作用する第1応力を算出する。 As described above, the image analysis device 10 according to the present embodiment includes the first acquisition unit 12A, the construction unit 12E, the first calculation unit 12B, the second calculation unit 12C, and the third calculation unit 12F. Equipped with. The first acquisition unit 12A acquires an image of a joint part of a subject and a bone part continuous to the joint part. The constructing unit 12E constructs the three-dimensional shape of the bone and joint and the relational characteristics of the load and deformation in the bone and joint from the image. The first calculator 12B calculates the positional relationship between the bones that are continuous with the joint. The second calculator 12C calculates the acting force exerted by the muscle on the bone part continuous to the joint part from the positional relationship. The third calculator 12F calculates the first stress acting on the joint based on the three-dimensional shapes of the bone and the joint, the relational characteristics between the load and the deformation, and the acting force.

このように、本実施の形態の画像解析装置10では、関節部に連続する骨部に筋によって作用する作用力と、第1力学モデルと、を用いて、関節部に作用する第1応力を算出する。このため、本実施の形態の画像解析装置10では、筋によって作用する力を加味した、関節部に作用する応力を算出することができる。 As described above, in the image analysis device 10 according to the present embodiment, the first stress acting on the joint part is calculated by using the acting force acting by the muscle on the bone part continuous to the joint part and the first dynamic model. calculate. Therefore, the image analysis device 10 according to the present embodiment can calculate the stress acting on the joint part in consideration of the force acting by the muscle.

従って、本実施の形態の画像解析装置10では、被検体の関節部に作用する応力を高精度に算出することができる。 Therefore, in the image analysis device 10 of the present embodiment, the stress acting on the joint part of the subject can be calculated with high accuracy.

(第2の実施の形態)
本実施の形態では、人工関節に作用する第2応力を更に算出する場合を説明する。また、本実施の形態では、人工関節模型を造形する場合を説明する。
(Second embodiment)
In this embodiment, a case will be described in which the second stress acting on the artificial joint is further calculated. In addition, in the present embodiment, a case of modeling an artificial joint model will be described.

図8は、本実施の形態の画像解析装置11Aの構成図である。画像解析装置11Aは、外部装置18に接続されている。外部装置18は、第1の実施の形態と同様である。 FIG. 8 is a configuration diagram of the image analysis apparatus 11A of the present embodiment. The image analysis device 11A is connected to the external device 18. The external device 18 is similar to that of the first embodiment.

画像解析装置11Aは、制御部13と、UI部14と、記憶部16と、造形部15と、を備える。UI部14、記憶部16、造形部15、および外部装置18は、制御部13にデータや信号授受可能に接続されている。 The image analysis device 11A includes a control unit 13, a UI unit 14, a storage unit 16, and a modeling unit 15. The UI unit 14, the storage unit 16, the modeling unit 15, and the external device 18 are connected to the control unit 13 so that data and signals can be exchanged.

UI部14および記憶部16は、第1の実施の形態と同様である。 The UI unit 14 and the storage unit 16 are the same as those in the first embodiment.

造形部15は、三次元造形物を製造する公知の装置である。造形部15は、三次元造形物を造形可能な装置であればよい。造形部15は、例えば、熱溶解積層方式、粉末固着方式の何れであってもよい。 The modeling unit 15 is a known device that manufactures a three-dimensional model. The modeling unit 15 may be any device that can model a three-dimensional model. The modeling unit 15 may be, for example, either a hot melt laminating method or a powder fixing method.

なお、本実施の形態では、造形部15が造形に用いる材料は、人間の骨部や関節部や軟骨部の機械的特性の取り得る範囲を満たす材料であることが好ましい。 In the present embodiment, the material used by the modeling unit 15 for modeling is preferably a material that satisfies the range of mechanical properties of human bones, joints, and cartilage.

制御部13は、画像解析装置11Aを制御する。制御部13は、第1取得部12Aと、第1算出部13Bと、第2算出部13Cと、第1制御部13Dと、受付部12Dと、構築部12Eと、第3算出部12Fと、第2取得部13Eと、第4算出部13Fと、生成部13Gと、表示制御部13Hと、造形制御部13Iと、を含む。 The control unit 13 controls the image analysis device 11A. The control unit 13 includes a first acquisition unit 12A, a first calculation unit 13B, a second calculation unit 13C, a first control unit 13D, a reception unit 12D, a construction unit 12E, and a third calculation unit 12F. The second acquisition unit 13E, the fourth calculation unit 13F, the generation unit 13G, the display control unit 13H, and the modeling control unit 13I are included.

第1取得部12A、第1算出部13B、第2算出部13C、第1制御部13D、受付部12D、構築部12E、第3算出部12F、第2取得部13E、第4算出部13F、生成部13G、表示制御部13H、および造形制御部13Iの一部またはすべては、例えば、CPUなどの処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現してもよいし、ICなどのハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。 1st acquisition part 12A, 1st calculation part 13B, 2nd calculation part 13C, 1st control part 13D, acceptance part 12D, construction part 12E, 3rd calculation part 12F, 2nd acquisition part 13E, 4th calculation part 13F, Some or all of the generation unit 13G, the display control unit 13H, and the modeling control unit 13I may be realized by causing a processing device such as a CPU to execute a program, that is, by software, or by hardware such as an IC. It may be realized by hardware, or may be realized by using software and hardware together.

第1取得部12A、受付部12D、構築部12E、および第3算出部12Fは、第1の実施の形態と同様である。このため、第1取得部12A、受付部12D、構築部12E、および第3算出部12Fについては、説明を簡略化して説明する。 The first acquisition unit 12A, the reception unit 12D, the construction unit 12E, and the third calculation unit 12F are the same as those in the first embodiment. Therefore, the first acquisition unit 12A, the reception unit 12D, the construction unit 12E, and the third calculation unit 12F will be described in a simplified manner.

第1取得部12Aは、被検体の関節部および関節部に連続する骨部に関する画像(本実施の形態では、CT画像である場合を説明する)を取得する。第1取得部12Aは、取得したCT画像を、第1算出部13B、および構築部12Eへ出力する。 The first acquisition unit 12A acquires an image (in the present embodiment, a case of a CT image will be described) regarding a joint part of a subject and a bone part continuous to the joint part. The first acquisition unit 12A outputs the acquired CT image to the first calculation unit 13B and the construction unit 12E.

構築部12Eは、第1取得部12Aが取得したCT画像から、第1力学モデルを構築する。 The construction unit 12E constructs a first dynamic model from the CT image acquired by the first acquisition unit 12A.

第1算出部13Bは、第1の実施の形態の第1算出部12Bと同様に、第1取得部12Aから受け付けたCT画像を用いて、関節部に連続する骨部の位置関係を算出し、筋骨格モデルを生成する。上述したように、位置関係は、関節部に連続する骨部間の関節部を中心とする角度(関節角)や、骨部の中心座標系、慣性モーメント、骨部の質量、筋ヤコビアン、などを含む。なお、第1の実施の形態で説明したように、慣性モーメント、および骨部の質量、筋ヤコビアンは、制御部13で予め標準的な値を算出し、予め記憶部16に記憶してもよい。そして、第1算出部13Bは、記憶部16に記憶されている、慣性モーメント、および骨部の質量、筋ヤコビアンを用いてもよい。 Similar to the first calculating unit 12B of the first embodiment, the first calculating unit 13B uses the CT image received from the first acquiring unit 12A to calculate the positional relationship between the bones that are continuous with the joint. , Generate a musculoskeletal model. As described above, the positional relationship is the angle (joint angle) about the joint between the bones continuous to the joint, the center coordinate system of the bone, the moment of inertia, the mass of the bone, the muscle Jacobian, etc. including. As described in the first embodiment, the inertial moment, the mass of the bone portion, and the muscle Jacobian may be calculated in advance by the control unit 13 as standard values and stored in the storage unit 16 in advance. .. Then, the first calculating unit 13B may use the inertia moment, the mass of the bone portion, and the muscle Jacobian stored in the storage unit 16.

本実施の形態では、第1算出部13Bは、第1取得部12Aで取得したCT画像から筋部を抽出する。第1算出部13Bは、CT画像から、軟組織(筋部)を示すCT値の領域を抽出することで、筋部領域を抽出する。そして、第1算出部13Bは、抽出した筋部領域の筋部の、骨部に対する起始部と停止部を含む特徴点から、筋部の長さを示す特徴量を更に算出する。 In the present embodiment, the first calculation unit 13B extracts the muscle portion from the CT image acquired by the first acquisition unit 12A. The first calculator 13B extracts the muscle region by extracting the region of the CT value indicating the soft tissue (muscle) from the CT image. Then, the first calculating unit 13B further calculates a feature amount indicating the length of the muscle portion from the feature points of the extracted muscle portion in the muscle region including the start portion and the stop portion with respect to the bone portion.

そして、第1算出部13Bは、関節部と骨部の三次元形状を示す骨関節形状モデルに、筋部の三次元形状を配置し、算出した位置関係を付与することによって、筋骨格モデルを生成する。また、第1算出部13Bは、筋骨格モデルにおける、対応する筋部に相当する位置に、該筋部の長さを示す特徴量を付与する。 Then, the first calculation unit 13B arranges the three-dimensional shape of the muscle portion in the bone joint shape model showing the three-dimensional shapes of the joint portion and the bone portion, and adds the calculated positional relationship to the musculoskeletal model. To generate. In addition, the first calculation unit 13B adds a feature amount indicating the length of the muscle portion to a position corresponding to the corresponding muscle portion in the musculoskeletal model.

第2算出部13Cは、第1算出部13Bが算出した位置関係と、筋部の長さを示す特徴量と、を用いて、関節部に連続する複数の骨部に筋によって作用する作用力を算出する。 The second calculation unit 13C uses the positional relationship calculated by the first calculation unit 13B and the feature amount indicating the length of the muscle portion, and the acting force exerted by the muscle on the plurality of bone portions continuous to the joint portion. To calculate.

本実施の形態では、第2算出部13Cは、骨部に結合した筋の筋張力、関節部に作用するトルク、および、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性の少なくとも1つを、作用力として算出する。なお、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性は、例えば、骨部に付着する軟組織(腱や軟骨など)の硬さである。 In the present embodiment, the second calculator 13C has at least one of the relationship between the muscle tension of the muscle connected to the bone, the torque acting on the joint, and the load and deformation of the soft tissue attached to the bone. Is calculated as the acting force. The relationship between the load and the deformation of the soft tissue attached to the bone part is, for example, the hardness of the soft tissue (tendon, cartilage, etc.) attached to the bone part.

具体的には、第2算出部13Cは、第1算出部13Bが算出した位置関係と特徴量と、を用いて、第1の実施の形態の第2算出部12Cと同様にして逆動力学計算を行うことによって、関節部に筋によって作用する作用力を算出する。 Specifically, the second calculation unit 13C uses the positional relationship and the feature amount calculated by the first calculation unit 13B to perform the inverse dynamics in the same manner as the second calculation unit 12C of the first embodiment. By performing the calculation, the acting force exerted by the muscle on the joint is calculated.

具体的には、第2算出部13Cは、関節部に連続する骨部間に結合した筋の筋張力や、関節部に作用するトルクについては、第1の実施の形態の第2算出部12Cと同様にして算出する。 Specifically, the second calculation unit 13C determines the second calculation unit 12C according to the first embodiment regarding the muscle tension of the muscles connected between the bones continuous with the joint and the torque acting on the joint. It is calculated in the same manner as.

本実施の形態では、第2算出部13Cは、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性(例えば、腱や軟骨の硬さ)については、筋部の長さを示す特徴量を用いて、逆動力学計算を行うことによって算出する。なお、第2算出部13Cは、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性については、予め記憶部16に記憶した、標準の硬さ(骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性)を読取ることによって算出してもよい。 In the present embodiment, the second calculation unit 13C determines the characteristic amount indicating the length of the muscle portion for the relation characteristic (for example, hardness of tendon or cartilage) between the load and the deformation of the soft tissue attached to the bone portion. Used to calculate by performing an inverse dynamics calculation. Note that the second calculator 13C stores the standard characteristics of the relationship between the load and the deformation of the soft tissue attached to the bone portion and the deformation in advance in the storage unit 16 (the load and the deformation of the soft tissue attached to the bone portion. It may be calculated by reading the (relationship characteristic of).

以上の処理により、第2算出部13Cは、第1算出部13Bが算出した位置関係および特徴量に基づいて、逆動力学計算を行うことによって、関節部に筋によって作用する作用力(筋張力、関節部に作用するトルク、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性)を算出する。 Through the above processing, the second calculation unit 13C performs the inverse dynamics calculation based on the positional relationship and the characteristic amount calculated by the first calculation unit 13B, and thereby the acting force (muscle tension) acting on the joint by the muscle. , The torque acting on the joint, and the relational characteristics between the load and the deformation of the soft tissue attached to the bone).

第3算出部12Fは、構築部12Eが構築した第1力学モデルと、第2算出部13Cが算出した作用力と、に基づいて、関節部に作用する第1応力を算出する。すなわち、第3算出部12Fは、第1の実施の形態と同様に、骨部と関節部との接触面における各要素(FEMにおける各要素)の第1応力を算出する。 The third calculator 12F calculates the first stress acting on the joint based on the first dynamic model constructed by the constructer 12E and the acting force calculated by the second calculator 13C. That is, the third calculator 12F calculates the first stress of each element (each element in the FEM) on the contact surface between the bone and the joint, as in the first embodiment.

第2取得部13Eは、人工関節モデルを取得する。人工関節モデルは、人工関節の三次元形状と、人工関節の骨部に対する設置位置と、を示す。なお、人工関節モデルは、人工関節の硬さなどのパラメータを更に含んでいてもよい。 The second acquisition unit 13E acquires an artificial joint model. The artificial joint model indicates the three-dimensional shape of the artificial joint and the installation position of the artificial joint with respect to the bone part. The artificial joint model may further include parameters such as hardness of the artificial joint.

第2取得部13Eは、例えば、入力部14Aから人工関節モデルを取得する。例えば、ユーザは入力部14Aを操作することで、人工関節の三次元形状や設置位置を入力する。なお、画像解析装置11Aでは、公知の画像作成ソフトウェアなどを用いて、ユーザによる入力部14Aの操作により、人工関節の三次元形状や設置位置を生成してもよい。そして、第2取得部13Eは、入力部14Aから人工関節モデルを取得する。なお、予め記憶部16に人工関節モデルを記憶してもよい。この場合、第2取得部13Eは、記憶部16から人工関節モデルを取得してもよい。また、表示制御部13Hが、記憶部16に記憶されている人工関節モデルの一覧を表示部14Bに表示してもよい。そして、ユーザによる入力部14Aの操作指示によって、表示された人工関節モデルの一覧の中から所望の人工関節モデルが選択されたときに、第2取得部13Eは、選択された人工関節モデルを取得してもよい。 The second acquisition unit 13E acquires, for example, the artificial joint model from the input unit 14A. For example, the user operates the input unit 14A to input the three-dimensional shape and the installation position of the artificial joint. In the image analysis apparatus 11A, a known image creation software or the like may be used to generate the three-dimensional shape and the installation position of the artificial joint by the user operating the input unit 14A. Then, the second acquisition unit 13E acquires the artificial joint model from the input unit 14A. The artificial joint model may be stored in the storage unit 16 in advance. In this case, the second acquisition unit 13E may acquire the artificial joint model from the storage unit 16. The display control unit 13H may display a list of artificial joint models stored in the storage unit 16 on the display unit 14B. Then, when a desired artificial joint model is selected from the displayed list of artificial joint models by the user's operation instruction of the input unit 14A, the second acquisition unit 13E acquires the selected artificial joint model. You may.

図9は、人工関節モデル23の一例を模式的に示す図である。例えば、人工関節モデル23は、骨部22Cに装着する人工関節23C(図9(A)参照)と、骨部22Dに装着する人工関節23D(図9(B)参照)と、の三次元形状を含む。これらの人工関節23Cおよび人工関節23Dは、例えば、骨部22Cおよび骨部22Dに対して、図9(C)に示す設置位置に設置される。 FIG. 9 is a diagram schematically showing an example of the artificial joint model 23. For example, the artificial joint model 23 has a three-dimensional shape including an artificial joint 23C attached to the bone portion 22C (see FIG. 9A) and an artificial joint 23D attached to the bone portion 22D (see FIG. 9B). including. The artificial joint 23C and the artificial joint 23D are installed at, for example, the installation positions shown in FIG. 9C with respect to the bone portion 22C and the bone portion 22D.

ユーザは、入力部14Aを操作することによって、人工関節モデル23の三次元形状や、骨部22に対する人工関節の設置位置を入力する。これにより、第2取得部13Eは、人工関節モデルを取得する。 The user operates the input unit 14A to input the three-dimensional shape of the artificial joint model 23 and the installation position of the artificial joint with respect to the bone part 22. As a result, the second acquisition unit 13E acquires the artificial joint model.

なお、人工関節モデル23における、人工関節の三次元形状や設置位置は、ユーザによる入力部14Aの操作指示によって、適宜変更可能である。 The three-dimensional shape and installation position of the artificial joint in the artificial joint model 23 can be appropriately changed by a user's operation instruction of the input unit 14A.

図8に戻り、第4算出部13Fは、構築部12Eが構築した第1力学モデルから関節部の形状モデルを削除し、該関節部の形状モデルに代えて、第2取得部13Eが取得した人工関節モデルを加えた第2力学モデルを構築する。そして、第4算出部13Fは、構築した第2力学モデルと、第2算出部13Cが算出した作用力と、に基づいて、人工関節に作用する第2応力を算出する。 Returning to FIG. 8, the fourth calculating unit 13F deletes the shape model of the joint from the first dynamic model constructed by the constructing unit 12E, and replaces the shape model of the joint with the second obtaining unit 13E. A second mechanical model including the artificial joint model is constructed. Then, the fourth calculator 13F calculates the second stress acting on the artificial joint based on the constructed second dynamic model and the acting force calculated by the second calculator 13C.

詳細には、第4算出部13Fは、第1力学モデルに含まれる、骨部および関節部の三次元形状を示す骨関節形状モデルから、関節部の三次元形状を示す形状モデルを削除する。そして、第4算出部13Fは、関節部の形状モデルを除いた骨関節形状モデルにおける、人工関節モデルによって示される設置位置に、人工関節モデルによって示される人工関節の三次元形状を配置する。これにより、第4算出部13Fは、第2力学モデルを構築する。 Specifically, the fourth calculator 13F deletes the shape model showing the three-dimensional shape of the joint from the bone joint shape model showing the three-dimensional shapes of the bone and the joint included in the first dynamic model. Then, the fourth calculator 13F arranges the three-dimensional shape of the artificial joint indicated by the artificial joint model at the installation position indicated by the artificial joint model in the bone joint shape model excluding the shape model of the joint portion. Thereby, the fourth calculation unit 13F builds the second dynamic model.

そして、第4算出部13Fは、第2力学モデルと、第2算出部13Cが算出した作用力と、に基づいて、第3算出部12Fと同様にして、骨部と人工関節との接触面における各要素(FEMにおける各要素)の第2応力を算出する。 Then, the fourth calculating unit 13F, based on the second dynamic model and the acting force calculated by the second calculating unit 13C, similarly to the third calculating unit 12F, the contact surface between the bone part and the artificial joint. The second stress of each element (each element in FEM) in is calculated.

なお、受付部12Dが、人工関節の三次元形状と、設置位置と、の少なくとも1つの変更指示を受け付けたとする。この場合、第4算出部13Fは、第1力学モデルに、受け付けた変更指示によって変更された人工関節の三次元形状および設置位置の少なくとも一方を示す人工関節モデルを加えた第2力学モデルを再構築する。すなわち、第4算出部13Fは、受付部12Dが受け付けた変更指示に応じて、人工関節の三次元形状および設置位置の少なくとも一方を変更した第2力学モデルを再構築する。そして、第4算出部13Fは、再構築した第2力学モデルと、第2算出部13Cが算出した作用力と、に基づいて、第3算出部12Fと同様にして、第2応力を算出する。 It is assumed that the reception unit 12D receives at least one change instruction of the three-dimensional shape of the artificial joint and the installation position. In this case, the fourth calculation unit 13F re-creates the second dynamic model by adding to the first dynamic model an artificial joint model indicating at least one of the three-dimensional shape and the installation position of the artificial joint changed by the received change instruction. To construct. That is, the fourth calculation unit 13F reconstructs the second dynamic model in which at least one of the three-dimensional shape and the installation position of the artificial joint is changed according to the change instruction received by the reception unit 12D. Then, the fourth calculation unit 13F calculates the second stress based on the reconstructed second dynamic model and the acting force calculated by the second calculation unit 13C in the same manner as the third calculation unit 12F. ..

第1制御部13Dは、第4算出部13Fで算出された第2応力が、第3算出部12Fが算出した第1応力未満となるまで、変更指示の受付と、受け付けた変更指示に応じた第2応力の算出と、をこの順に繰り返し実行するように、受付部12Dおよび第4算出部13Fを制御する。 The first control unit 13D receives the change instruction and responds to the received change instruction until the second stress calculated by the fourth calculation unit 13F becomes less than the first stress calculated by the third calculation unit 12F. The reception unit 12D and the fourth calculation unit 13F are controlled so that the calculation of the second stress and the calculation of the second stress are repeatedly performed in this order.

第1制御部13Dは、例えば、骨部と人工関節との接触面の全ての要素について、要素ごとに算出された第2応力が、同じ要素に対応する第1応力未満となるまで、受付部12Dおよび第4算出部13Fの制御を繰り返し実行する。なお、第1制御部13Dは、骨部と人工関節との接触面における全要素の少なくとも1要素について、要素ごとに算出された第2応力が、同じ要素に対応する第1応力未満となるまで、上記受付部12Dおよび第4算出部13Fの制御を繰り返し実行してもよい。 The first control unit 13D, for example, for all the elements on the contact surface between the bone portion and the artificial joint, the reception unit until the second stress calculated for each element becomes less than the first stress corresponding to the same element. The control of 12D and the fourth calculation unit 13F is repeatedly executed. The first control unit 13D until at least one of all the elements on the contact surface between the bone part and the artificial joint has the second stress calculated for each element less than the first stress corresponding to the same element. The control of the reception unit 12D and the fourth calculation unit 13F may be repeatedly executed.

第2応力が第1応力未満となる状態は、人工関節によって関節部に作用する応力が低減された状態を示す。 The state in which the second stress is less than the first stress indicates a state in which the stress acting on the joint part is reduced by the artificial joint.

造形制御部13Iは、造形部15による造形を制御する。本実施の形態では、造形制御部13Iは、第2応力が第1応力未満であるときに、該第2応力の算出に用いた第2力学モデルに含まれる人工関節モデルに応じた三次元形状の人工関節模型を造形するように、造形部15を制御する。 The modeling control unit 13I controls the modeling by the modeling unit 15. In the present embodiment, when the second stress is less than the first stress, the modeling control unit 13I has a three-dimensional shape corresponding to the artificial joint model included in the second mechanical model used to calculate the second stress. The modeling unit 15 is controlled so as to model the artificial joint model.

このため、造形部15は、造形制御部13Iの制御によって、関節部に作用する応力の低減された三次元形状の人工関節模型を造形する。 Therefore, the modeling unit 15 models the three-dimensional artificial joint model in which the stress acting on the joint is reduced under the control of the modeling control unit 13I.

なお、造形制御部13Iは、第2応力が第1応力未満であるときに、該第2応力の算出に用いた第2力学モデルに含まれる骨関節形状モデル(関節部の三次元形状は含まない)に応じた三次元形状の骨部の骨部模型と、人工関節モデルに応じた三次元形状の人工関節模型と、の双方を造形するように、造形部15を制御してもよい。 When the second stress is less than the first stress, the modeling control unit 13I includes the bone joint shape model (the three-dimensional shape of the joint portion is included in the second mechanical model used for calculating the second stress). The modeling unit 15 may be controlled so as to model both the bone part model of the bone part having a three-dimensional shape corresponding to the above) and the artificial joint model having a three-dimensional shape corresponding to the artificial joint model.

生成部13Gは、第1応力画像と、第2応力画像と、を含む解析画像を生成する。 The generation unit 13G generates an analysis image including the first stress image and the second stress image.

第1応力画像は、第1の実施の形態で説明したように、第3算出部12Fで算出された、関節部に作用する第1応力を示す画像である。すなわち、第1応力画像は、被検体の骨部と関節部との接触面における第1応力の作用する応力領域を、第1応力の強さに応じた色濃度で示した応力画像である。なお、第1の実施の形態と同様に、色濃度は、色および濃度の少なくとも一方を示す。 As described in the first embodiment, the first stress image is an image showing the first stress acting on the joint calculated by the third calculator 12F. That is, the first stress image is a stress image in which the stress region in which the first stress acts on the contact surface between the bone portion and the joint portion of the subject is shown with the color density according to the strength of the first stress. As in the first embodiment, the color density indicates at least one of color and density.

第2応力画像は、第4算出部13Fで算出された、人工関節に作用する第2応力を示す画像である。すなわち、第2応力画像は、被検体の骨部と、人工関節と、の接触面における第2応力の作用する応力領域を、第2応力の強さに応じた色濃度で示した応力画像である。 The second stress image is an image showing the second stress acting on the artificial joint calculated by the fourth calculator 13F. That is, the second stress image is a stress image in which the stress region in which the second stress acts on the contact surface between the bone part of the subject and the artificial joint is shown by the color density according to the intensity of the second stress. is there.

なお、生成部13Gは、第4算出部13Fで算出された第2応力が、第3算出部12Fで算出された第1応力未満であるときの該第2応力を示す画像を、第2応力画像として生成することが好ましい。 In addition, the generation unit 13G displays an image showing the second stress when the second stress calculated by the fourth calculation unit 13F is less than the first stress calculated by the third calculation unit 12F as the second stress. It is preferable to generate it as an image.

表示制御部13Hは、生成部13Gが生成した、第1応力画像30および第2応力画像52を含む解析画像51を、表示部14Bに表示する制御を行う(図10〜図14参照)。 The display control unit 13H controls the display unit 14B to display the analysis image 51 generated by the generation unit 13G and including the first stress image 30 and the second stress image 52 (see FIGS. 10 to 14).

図10は、解析画像51の一例を示す図である。例えば、解析画像51は、第1応力画像30と、第2応力画像52と、を含む。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the analysis image 51. For example, the analysis image 51 includes the first stress image 30 and the second stress image 52.

第1応力画像30は、第1の実施の形態でも説明したように、骨部画像40と、骨部と関節部との接触面における第1応力の作用する応力領域42を、作用する第1応力の強さに応じた色濃度で示した応力画像である。また、第1応力画像30は、第1応力の強さに対応する色濃度を示すゲージ36を更に含んでいてもよい。 As described in the first embodiment, the first stress image 30 acts on the bone image 40 and the stress region 42 in which the first stress acts on the contact surface between the bone and the joint. It is a stress image shown by the color density according to the intensity of stress. In addition, the first stress image 30 may further include a gauge 36 that indicates the color density corresponding to the strength of the first stress.

第2応力画像52は、骨部画像40と、骨部と人工関節との接触面における第2応力の作用する応力領域43を、作用する第2応力の強さに応じた色濃度で示した応力画像である。また、第2応力画像52は、第2応力の強さに対応する色濃度を示すゲージ37を更に含んでいてもよい。 The second stress image 52 shows the bone part image 40 and the stress region 43 in which the second stress acts on the contact surface between the bone part and the artificial joint, with the color density corresponding to the strength of the second stress acting. It is a stress image. In addition, the second stress image 52 may further include a gauge 37 that indicates the color density corresponding to the intensity of the second stress.

このように、第1応力画像30と第2応力画像52とを含む解析画像51を表示部14Bに表示することによって、手術前(人工関節挿入前)に関節部にかかる応力と、手術後(人工関節挿入後)に人工関節にかかる応力と、を並べて表示することができる。 In this way, by displaying the analysis image 51 including the first stress image 30 and the second stress image 52 on the display unit 14B, the stress applied to the joint portion before the operation (before the insertion of the artificial joint) and after the operation ( The stress applied to the artificial joint after the artificial joint is inserted) can be displayed side by side.

図11は、解析画像51の他の形態を示す模式図である。解析画像51は、第1力学モデルを示す第1力学モデル画像32と、第2力学モデルを示す第2力学モデル画像35と、の少なくとも一方を更に含んでいてもよい。 FIG. 11 is a schematic diagram showing another form of the analysis image 51. The analysis image 51 may further include at least one of the first dynamic model image 32 showing the first dynamic model and the second dynamic model image 35 showing the second dynamic model.

第1力学モデル画像32は、第1の実施の形態で説明したように、形状モデル画像44と、ゲージ38と、を含む。 The first dynamic model image 32 includes the shape model image 44 and the gauge 38 as described in the first embodiment.

形状モデル画像44は、骨部と関節部との接触面に作用する第1応力の分布および強さが、同じ解析画像51に含まれる第1応力画像30に示される第1応力の分布および強さであるときの、骨部22(22A、22B)と関節部24との位置関係を三次元形状で示す画像である。 In the shape model image 44, the distribution and strength of the first stress acting on the contact surface between the bone portion and the joint portion are the same as those of the first stress image 30 included in the same analysis image 51. 3 is an image showing the positional relationship between the bone part 22 (22A, 22B) and the joint part 24 in a three-dimensional shape.

ゲージ38は、荷重と変形との関係特性の強さに応じた色濃度の一覧と、各色濃度に対応する関係特性の値と、を対応づけて表示した画像である。形状モデル画像44には、荷重と変形との関係特性の値に応じた色濃度が付与されている。 The gauge 38 is an image in which a list of color densities corresponding to the strength of the relationship characteristics between load and deformation and the values of the relationship characteristics corresponding to each color density are displayed in association with each other. The shape model image 44 is provided with a color density according to the value of the relationship characteristic between load and deformation.

第2力学モデル画像35は、形状モデル画像45と、ゲージ39と、を含む。 The second dynamic model image 35 includes a shape model image 45 and a gauge 39.

形状モデル画像45は、骨部と人工関節との接触面に作用する第2応力の分布および強さが、同じ解析画像51に含まれる第2応力画像52に示される第2応力の分布および強さであるときの、骨部22(22A、22B)と人工関節25との位置関係を三次元形状で示す画像である。 In the shape model image 45, the distribution and strength of the second stress acting on the contact surface between the bone part and the artificial joint are the same as those of the second stress image 52 included in the same analysis image 51. 3 is an image showing the positional relationship between the bone part 22 (22A, 22B) and the artificial joint 25 in the three-dimensional shape.

ゲージ39は、荷重と変形との関係特性の強さに応じた色濃度の一覧と、各色濃度に対応する関係特性の値と、を対応づけて表示した画像である。形状モデル画像45には、荷重と変形との関係特性の値に応じた色濃度が付与されている。 The gauge 39 is an image in which a list of color densities according to the strength of the relationship characteristic between load and deformation and the value of the relationship characteristic corresponding to each color density are displayed in association with each other. The shape model image 45 is provided with a color density according to the value of the relationship characteristic between load and deformation.

生成部13Gが、第1応力画像30と、第1力学モデル画像32と、第2応力画像52と、第2力学モデル画像35と、を含む解析画像51を生成することで、表示部14Bには、例えば、図11に示す解析画像51Aが表示される。 The generation unit 13G generates the analysis image 51 including the first stress image 30, the first dynamic model image 32, the second stress image 52, and the second dynamic model image 35, so that the display unit 14B displays the analysis image 51. Displays the analysis image 51A shown in FIG. 11, for example.

ここで、生成部13Gは、関節部24と骨部22、および人工関節25と骨部22との位置関係を変化させ、位置関係の変化に応じた第1応力画像30、第1力学モデル画像32、第2応力画像52、および第2力学モデル画像35を生成してもよい。 Here, the generation unit 13G changes the positional relationship between the joint portion 24 and the bone portion 22, and the artificial joint 25 and the bone portion 22, and the first stress image 30 and the first dynamic model image corresponding to the change in the positional relationship. 32, the second stress image 52, and the second dynamic model image 35 may be generated.

例えば、生成部13Gは、関節部24と骨部22、および人工関節25と骨部22との位置関係が、関節角を、180°から45°の間で変化させたときの、関節部24に作用する第1応力、および人工関節25に作用する第2応力を算出するように、第1算出部13B、構築部12E、第2算出部13C、第3算出部12F、第2取得部13E、第4算出部13F、および第1制御部13Dを制御する。そして、生成部13Gは、関節角に応じた、第1応力の分布を第3算出部12Fから取得する。また、生成部13Gは、関節角に応じた、第2応力の分布を第4算出部13Fから取得する。 For example, the generation unit 13G causes the joint portion 24 to move when the positional relationship between the joint portion 24 and the bone portion 22 and the artificial joint 25 and the bone portion 22 changes the joint angle between 180° and 45°. The first calculation unit 13B, the construction unit 12E, the second calculation unit 13C, the third calculation unit 12F, and the second acquisition unit 13E so as to calculate the first stress acting on the artificial joint 25 and the second stress acting on the artificial joint 25. , 4th calculation part 13F, and 1st control part 13D are controlled. Then, the generation unit 13G acquires the distribution of the first stress according to the joint angle from the third calculation unit 12F. In addition, the generation unit 13G acquires the distribution of the second stress according to the joint angle from the fourth calculation unit 13F.

なお、第1取得部12Aが取得した時系列のCT画像が、関節角を変化させた(例えば、180°から45°などの間で変化させた)画像であったとする。この場合、第1取得部12Aで取得した時系列のCT画像の各々を用いて、第1算出部13B、構築部12E、第2算出部13C、第3算出部12F、第2取得部13E、第4算出部13F、および第1制御部13Dが上記処理を行い、各関節角に応じた第1応力の分布および第2応力の分布を算出する。このため、この場合には、生成部13Gは、関節角に応じた第1応力の分布を第3算出部12Fから取得し、第2応力の分布を第4算出部13Fから取得すればよい。 It is assumed that the time-series CT images acquired by the first acquisition unit 12A are images in which the joint angle is changed (for example, changed between 180° and 45°). In this case, by using each of the time-series CT images acquired by the first acquisition unit 12A, the first calculation unit 13B, the construction unit 12E, the second calculation unit 13C, the third calculation unit 12F, the second acquisition unit 13E, The fourth calculation unit 13F and the first control unit 13D perform the above processing, and calculate the distribution of the first stress and the distribution of the second stress according to each joint angle. Therefore, in this case, the generation unit 13G may acquire the distribution of the first stress corresponding to the joint angle from the third calculation unit 12F and the distribution of the second stress from the fourth calculation unit 13F.

そして、生成部13Gは、各関節角に応じた第1応力画像30および第2応力画像52を生成する。表示制御部13Hは、生成部13Gで生成された第1応力画像30および第2応力画像52を含む解析画像51を、表示部14Bに表示する。このとき、生成部13Gは、第1力学モデル画像32および第2力学モデル画像35を生成し、第1応力画像30と、第1力学モデル画像32と、第2応力画像52と、第2力学モデル画像35と、を含む解析画像51を生成してもよい。 Then, the generation unit 13G generates the first stress image 30 and the second stress image 52 corresponding to each joint angle. The display control unit 13H displays the analysis image 51 including the first stress image 30 and the second stress image 52 generated by the generation unit 13G on the display unit 14B. At this time, the generation unit 13G generates the first dynamic model image 32 and the second dynamic model image 35, and the first stress image 30, the first dynamic model image 32, the second stress image 52, and the second dynamic model. The analysis image 51 including the model image 35 may be generated.

この場合、表示制御部13Hが解析画像51を表示部14Bに表示することによって、例えば、図11、図12、図13に示す解析画像51が表示部14Bに表示される。 In this case, the display control unit 13H displays the analysis image 51 on the display unit 14B, so that, for example, the analysis image 51 illustrated in FIGS. 11, 12, and 13 is displayed on the display unit 14B.

図11は、関節角が約180°であるときの第1力学モデル画像32Aと、第1応力画像30Aと、第2応力画像52Aと、第2力学モデル画像35Aと、を含む解析画像51Aの一例を示す図である。図11に示す例では、応力領域42は、ゲージ36に示される、第1応力「0」を示す色濃度(3614)、で示されている。また、応力領域43は、第2応力「0」を示す色濃度(3714)で示されている。 FIG. 11 shows an analysis image 51A including a first dynamic model image 32A, a first stress image 30A, a second stress image 52A, and a second dynamic model image 35A when the joint angle is about 180°. It is a figure which shows an example. In the example shown in FIG. 11, the stress region 42 is indicated by the color density (36 14 ) indicating the first stress “0”, which is indicated by the gauge 36. The stress region 43 is indicated by the color density (37 14 ) indicating the second stress “0”.

図12は、関節角が約120°であるときの、第1力学モデル画像32Bと、第1応力画像30Bと、第2応力画像52Bと、第2力学モデル画像35Bと、を含む解析画像51Bの一例を示す図である。 FIG. 12 shows an analysis image 51B including the first dynamic model image 32B, the first stress image 30B, the second stress image 52B, and the second dynamic model image 35B when the joint angle is about 120°. It is a figure which shows an example.

図12に示す例では、骨部と関節部との接触面における、応力領域42は、第1応力「8×10-1」を示す色濃度36で示され、応力領域42は、第1応力「5.333×10−1」を示す色濃度36で示され、応力領域42は、第1応力「4.0×10−1」を示す色濃度36で示され、最も外側の応力領域4214は第1応力「0」を示す色濃度3614で示されている。 In the example shown in FIG. 12, at the interface between the bone and joint portions, the stress regions 42 1 are indicated by the color density 36 1 showing a first stress "8 × 10 -1", the stress area 42 5, is indicated by the color density 36 5 showing a first stress "5.333 × 10 -1", it stressed areas 42 8 is indicated by the color density 36 8 showing a first stress "4.0 × 10 -1", The outermost stress region 42 14 is shown with a color density 36 14 indicating the first stress “0”.

また、図12に示す例では、骨部と人工関節との接触面における、応力領域43は、第2応力「8×10-1」を示す色濃度37で示され、応力領域43は、第2応力「5.333×10−1」を示す色濃度37で示され、応力領域43は、第2応力「4.0×10−1」を示す色濃度37で示され、最も外側の応力領域4314は第2応力「0」を示す色濃度3714で示されている。 Further, in the example shown in FIG. 12, at the interface between the bone and the artificial joint, stress regions 43 1 are indicated by the color density 37 1 showing a second stress "8 × 10 -1", stress regions 43 5 is indicated by the color density 37 5 showing a second stress "5.333 × 10 -1", it stressed areas 43 8, shown in color density 37 8 showing a second stress "4.0 × 10 -1" The outermost stress region 43 14 is indicated by the color density 37 14 indicating the second stress “0”.

図12に示すように、第1応力画像30Bの示す第1応力の作用する応力領域42に比べて、第2応力画像52Bの示す第2応力の作用する応力領域43は、作用する応力の強さが弱く、また、強い応力の作用する範囲が狭い。また、図12では、解析画像51Bに含まれる第1力学モデル画像32Bおよび第2力学モデル画像35Bは、骨部22Aと骨部22Bとの成す角度が約120°であることを示す画像となっている。 As shown in FIG. 12, as compared with the stress region 42 in which the first stress acts as shown in the first stress image 30B, the stress region 43 in which the second stress acts as shown in the second stress image 52B has a higher stress intensity. Is weak, and the range where strong stress acts is narrow. Further, in FIG. 12, the first dynamic model image 32B and the second dynamic model image 35B included in the analysis image 51B are images showing that the angle between the bone portion 22A and the bone portion 22B is approximately 120°. ing.

図13は、関節角が約90°であるときの第1力学モデル画像32Cと、第1応力画像30Cと、第2応力画像52Cと、第2力学モデル画像35Cと、を含む解析画像51Cの一例を示す図である。図13に示す例では、図12と同様に、各応力領域42および応力領域43が、作用する第1応力および第2応力の強さに応じた色濃度で表されている。なお、図12に示す応力領域42および応力領域43の色濃度に比べて、図13に示す応力領域42および応力領域43では、第1応力および第2応力の強い領域の範囲が広くなっている。 FIG. 13 shows an analysis image 51C including a first dynamics model image 32C when the joint angle is about 90°, a first stress image 30C, a second stress image 52C, and a second dynamics model image 35C. It is a figure which shows an example. In the example shown in FIG. 13, as in FIG. 12, the stress regions 42 and the stress regions 43 are represented by color densities corresponding to the strengths of the first stress and the second stress that act. Note that the stress regions 42 and 43 shown in FIG. 13 have a wider range of regions where the first stress and the second stress are stronger than the color densities of the stress regions 42 and 43 shown in FIG. ..

また、図13では、解析画像51Cに含まれる第1力学モデル画像32Cおよび第2力学モデル画像35Cは、骨部22Aと骨部22Bとの成す角度が約90°であることを示す画像となっている。 Further, in FIG. 13, the first dynamic model image 32C and the second dynamic model image 35C included in the analysis image 51C are images showing that the angle between the bone portion 22A and the bone portion 22B is about 90°. ing.

このように、生成部13Gが、関節部24と骨部22との位置関係の変化に応じた第1応力画像30(第1応力画像30A、30B、30C)および第2応力画像52(第2応力画像52A、52B、52C)を生成する。このため、画像解析装置11Aは、骨部と関節部との接触面、および骨部と人工関節との接触面、の各々における、各強さの第1応力および第2応力の作用する位置や範囲を、ユーザに対して解り易く提供することができる。 As described above, the generation unit 13G causes the first stress image 30 (first stress images 30A, 30B, 30C) and the second stress image 52 (second stress image) according to the change in the positional relationship between the joint portion 24 and the bone portion 22. Stress images 52A, 52B, 52C) are generated. For this reason, the image analysis device 11A determines the position where the first stress and the second stress of each strength act on each of the contact surface between the bone portion and the joint portion and the contact surface between the bone portion and the artificial joint, and The range can be easily provided to the user.

なお、第1の実施の形態の表示制御部12Hと同様に、表示制御部13Hは、ユーザによって指示された強さの第1応力の応力領域42および第2応力の応力領域43を選択的に含む、第1応力画像30および第2応力画像52を、表示部14Bに表示してもよい。 Note that, like the display control unit 12H of the first embodiment, the display control unit 13H selectively selects the stress region 42 of the first stress and the stress region 43 of the second stress of the strength designated by the user. The first stress image 30 and the second stress image 52, which are included, may be displayed on the display unit 14B.

また、第1の実施の形態の表示制御部12Hと同様に、表示制御部13Hは、ユーザによって指示された強さの範囲の第1応力の応力領域42および第2応力の応力領域43を選択的に含む、第1応力画像30および第2応力画像52を、表示部14Bに表示してもよい。 Further, similarly to the display control unit 12H of the first embodiment, the display control unit 13H selects the stress region 42 of the first stress and the stress region 43 of the second stress in the range of the strength designated by the user. The first stress image 30 and the second stress image 52 that are included in the image may be displayed on the display unit 14B.

次に、画像解析装置11Aが実行する画像解析処理の手順を説明する。図14は、画像解析装置11Aが実行する画像解析処理の手順を示すフローチャートである。 Next, the procedure of the image analysis process executed by the image analysis apparatus 11A will be described. FIG. 14 is a flowchart showing the procedure of the image analysis process executed by the image analysis apparatus 11A.

まず、受付部12Dが入力部14Aから解析指示を受付けたか否かを判断する(ステップS200)。例えば、ユーザは、入力部14Aを操作することによって、画像解析、解析画像の表示、または造形指示を指示する。受付部12Dは、入力部14Aから画像解析を示す信号を受け付けると、解析指示を受付けたと判断する(ステップS200:Yes)。 First, it is determined whether the receiving unit 12D has received the analysis instruction from the input unit 14A (step S200). For example, the user operates the input unit 14A to instruct image analysis, display of the analysis image, or modeling instruction. When receiving the signal indicating the image analysis from the input unit 14A, the reception unit 12D determines that the analysis instruction has been received (step S200: Yes).

ステップS200で肯定判断すると(ステップS200:Yes)、第1取得部12AがCT画像を取得する(ステップS202)。 When a positive determination is made in step S200 (step S200: Yes), the first acquisition unit 12A acquires a CT image (step S202).

次に、構築部12Eが、ステップS202で取得したCT画像から、第1力学モデルを構築する(ステップS204)。 Next, the building unit 12E builds a first dynamic model from the CT image acquired in step S202 (step S204).

次に、第1算出部13Bが、ステップS202で取得したCT画像を用いて、関節部に連続する複数の骨部の位置関係を算出する(ステップS206)。 Next, the 1st calculation part 13B calculates the positional relationship of the several bone part which follows a joint part using the CT image acquired by step S202 (step S206).

次に、第1算出部13Bが、ステップS202で取得したCT画像から筋部を抽出する(ステップS208)。次に、第1算出部13Bは、抽出した筋部の、骨部に対する起始部と停止部を含む特徴点から、筋部の長さを示す特徴量を算出する(ステップS210)。そして、第1算出部13Bは、関節部と骨部の三次元形状を示す骨関節形状モデルに、筋部の三次元形状を配置し、算出した位置関係を付与することによって、筋骨格モデルを生成する。また、第1算出部13Bは、筋骨格モデルにおける、対応する筋部に相当する位置に、該筋部の長さを示す特徴量を付与する。 Next, the 1st calculation part 13B extracts a muscle part from the CT image acquired by step S202 (step S208). Next, the 1st calculation part 13B calculates the feature-value which shows the length of a muscle part from the characteristic point of the extracted muscle part containing the start part and stop part with respect to a bone part (step S210). Then, the first calculation unit 13B arranges the three-dimensional shape of the muscle portion in the bone joint shape model showing the three-dimensional shapes of the joint portion and the bone portion, and adds the calculated positional relationship to the musculoskeletal model. To generate. In addition, the first calculation unit 13B adds a feature amount indicating the length of the muscle portion to a position corresponding to the corresponding muscle portion in the musculoskeletal model.

次に、第2算出部13Cが、第1算出部13Bが算出した位置関係と、筋部の長さを示す特徴量と、を用いて、関節部に連続する骨部に筋によって作用する作用力を算出する(ステップS212)。 Next, the second calculation unit 13C uses the positional relationship calculated by the first calculation unit 13B and the feature amount indicating the length of the muscle portion to act on the bone portion continuous to the joint portion by the muscle. The force is calculated (step S212).

次に、第3算出部12Fが、構築部12EがステップS204で構築した第1力学モデルと、第2算出部13CがステップS212で算出した作用力と、に基づいて、関節部に作用する第1応力を算出する(ステップS214)。 Next, the third calculation unit 12F acts on the joint based on the first dynamic model constructed by the construction unit 12E in step S204 and the acting force calculated by the second calculation unit 13C in step S212. One stress is calculated (step S214).

次に、生成部13Gが、ステップS214で算出した第1応力を示す第1応力画像を生成する(ステップS216)。なお、ステップS216において、生成部13Gは、第1応力画像に対応する第1力学モデル画像も同時に生成してもよい。 Next, the generation unit 13G generates a first stress image indicating the first stress calculated in step S214 (step S216). In addition, in step S216, the generation unit 13G may simultaneously generate the first dynamic model image corresponding to the first stress image.

次に、生成部13Gは、生成した第1応力画像を記憶部16に記憶する(ステップS218)。なお、ステップS218では、生成部13Gは、ステップS216で生成した第1応力画像を、該第1応力画像を識別する識別情報に対応づけて記憶部16に記憶することが好ましい。この識別情報は、例えば、ステップS202で取得したCT画像の被検体の被検体ID、CT画像の撮影日時、解析画像の生成日時、および該CT画像に含まれる関節部の関節角、の少なくとも1つを含むことが好ましい。 Next, the generation unit 13G stores the generated first stress image in the storage unit 16 (step S218). In step S218, the generation unit 13G preferably stores the first stress image generated in step S216 in the storage unit 16 in association with the identification information for identifying the first stress image. This identification information is, for example, at least one of the subject ID of the subject of the CT image acquired in step S202, the date and time of the CT image, the date and time of generation of the analysis image, and the joint angle of the joint included in the CT image. It is preferable to include one.

次に、第2取得部13Eが、ユーザによる入力部14Aの操作によって入力された人工関節モデルを取得する(ステップS220)。 Next, the second acquisition unit 13E acquires the artificial joint model input by the operation of the input unit 14A by the user (step S220).

次に、第4算出部13Fが、構築部12EがステップS204で構築した第1力学モデルから関節部の形状モデルを削除し、該関節部の形状モデルに代えて、ステップS220で第2取得部13Eが取得した人工関節モデルを加えた第2力学モデルを構築する(ステップS222)。そして、第4算出部13Fは、構築した第2力学モデルと、第2算出部13CがステップS212で算出した作用力と、に基づいて、人工関節に作用する第2応力を算出する(ステップS224)。 Next, the fourth calculating unit 13F deletes the shape model of the joint from the first dynamic model constructed by the constructing unit 12E in Step S204, replaces the shape model of the joint with the second obtaining unit in Step S220. The second mechanical model including the artificial joint model acquired by 13E is constructed (step S222). Then, the fourth calculation unit 13F calculates the second stress acting on the artificial joint based on the constructed second dynamic model and the acting force calculated by the second calculation unit 13C in step S212 (step S224). ).

次に、第1制御部13Dが、ステップS224で算出された第2応力が、ステップS214で算出された第1応力未満であるか否かを判断する(ステップS226)。 Next, the first control unit 13D determines whether the second stress calculated in step S224 is less than the first stress calculated in step S214 (step S226).

第2応力が第1応力以上である場合(ステップS226:No)、ステップS232へ進む。ステップS232では、受付部12Dが、人工関節の三次元形状と、設置位置と、の少なくとも1つの変更指示を受け付けるまで否定判断を繰り返す(ステップS232:No)。ステップS232では、例えば、第1制御部13Dが表示制御部13Hを制御することによって、人工関節の三次元形状および設置位置の少なくとも一方の変更指示の受付画面を表示部14Bに表示する。例えば、ユーザは、受付画面を参照しながら入力部14Aを操作することによって、人工関節の三次元形状と、設置位置と、の少なくとも一方の変更指示を入力する。すると、受付部12Dは、変更指示を受付ける。 When the 2nd stress is more than the 1st stress (Step S226: No), it progresses to Step S232. In step S232, the acceptance unit 12D repeats the negative determination until accepting at least one change instruction of the three-dimensional shape of the artificial joint and the installation position (step S232: No). In step S232, for example, the first control unit 13D controls the display control unit 13H to display the acceptance screen for the instruction to change at least one of the three-dimensional shape and the installation position of the artificial joint on the display unit 14B. For example, the user inputs a change instruction for at least one of the three-dimensional shape of the artificial joint and the installation position by operating the input unit 14A while referring to the reception screen. Then, the reception unit 12D receives the change instruction.

ステップS232で肯定判断すると(ステップS232:Yes)、ステップS234へ進む。ステップS234では、第4算出部13Fが、ステップS232で受付部12Dが受け付けた変更指示に応じて、人工関節の三次元形状および設置位置の少なくとも一方を変更し(ステップS234)、変更後の第2力学モデルを再構築する(ステップS236)。そして、第4算出部13Fは、ステップS236で再構築した第2力学モデルと、ステップS212で第2算出部13Cが算出した作用力と、に基づいて、第2応力を算出する(ステップS237)。そして、ステップS226へ戻る。 If an affirmative decision is made in step S232 (step S232: Yes), the operation proceeds to step S234. In step S234, the fourth calculation unit 13F changes at least one of the three-dimensional shape and the installation position of the artificial joint according to the change instruction received by the reception unit 12D in step S232 (step S234), and after the change, 2 The dynamic model is reconstructed (step S236). Then, the fourth calculator 13F calculates the second stress based on the second dynamic model reconstructed in step S236 and the acting force calculated by the second calculator 13C in step S212 (step S237). .. Then, the process returns to step S226.

第1制御部13Dは、第4算出部13Fで算出された第2応力が、第3算出部12Fが算出した第1応力未満となるまで(ステップS226:Yes)、ステップS226〜ステップS237の処理を繰り返し実行するように、受付部12Dおよび第4算出部13Fを制御する。そして、ステップS226で肯定判断すると(ステップS226:Yes)、ステップS228へ進む。 Until the second stress calculated by the fourth calculator 13F becomes less than the first stress calculated by the third calculator 12F (step S226: Yes), the first controller 13D performs the processes of steps S226 to S237. The reception unit 12D and the fourth calculation unit 13F are controlled so as to repeatedly execute. Then, if an affirmative decision is made in step S226 (step S226: Yes), the operation proceeds to step S228.

ステップS228では、生成部13Gが、ステップS226で第1応力未満と判断したときの第2応力を示す第2応力画像を生成する(ステップS228)。なお、ステップS228において、生成部13Gは、第2応力画像に対応する第2力学モデル画像も同時に生成してもよい。 In step S228, the generation unit 13G generates a second stress image indicating the second stress when it is determined to be less than the first stress in step S226 (step S228). In addition, in step S228, the generation unit 13G may simultaneously generate the second dynamic model image corresponding to the second stress image.

次に、生成部13Gは、生成した第2応力画像を記憶部16に記憶する(ステップS230)。そして、本ルーチンを終了する。なお、ステップS230では、生成部13Gは、ステップS228で生成した第2応力画像を、ステップS218の第1応力画像の記憶時に用いた識別情報に対応づけて記憶部16に記憶することが好ましい。 Next, the generation unit 13G stores the generated second stress image in the storage unit 16 (step S230). Then, this routine ends. In addition, in step S230, the generation unit 13G preferably stores the second stress image generated in step S228 in the storage unit 16 in association with the identification information used when the first stress image is stored in step S218.

一方、上記ステップS200で受付部12Dが否定判断すると(ステップS200:No)、ステップS238へ進む。ステップS238では、受付部12Dが、解析画像の表示指示を示す信号を入力部14Aから受け付けたか否かを判断する。 On the other hand, when the receiving unit 12D makes a negative determination in step S200 (step S200: No), the process proceeds to step S238. In step S238, the reception unit 12D determines whether or not the signal indicating the instruction to display the analysis image is received from the input unit 14A.

解析画像の表示指示を示す信号を受け付けたと判断すると(ステップS238:Yes)、ステップS240へ進む。 If it is determined that the signal indicating the instruction to display the analysis image has been received (step S238: Yes), the process proceeds to step S240.

ステップS240では、表示制御部13Hは、記憶部16に記憶されている解析画像を読取る(ステップS240)。そして、表示制御部13Hは、読取った解析画像(第1応力画像30、第2応力画像52を含む)を表示部14Bに表示する制御を行う(ステップS242)。そして、本ルーチンを終了する。 In step S240, the display control unit 13H reads the analysis image stored in the storage unit 16 (step S240). Then, the display control unit 13H performs control to display the read analysis image (including the first stress image 30 and the second stress image 52) on the display unit 14B (step S242). Then, this routine ends.

一方、上記ステップS238で否定判断すると(ステップS238:No)、ステップS244へ進む。ステップS244では、受付部12Dが、造形指示を入力部14Aから受け付けたか否かを判断する。造形指示を受付けたと判断すると(ステップS244:Yes)、ステップS246へ進む。 On the other hand, when a negative determination is made in step S238 (step S238: No), the process proceeds to step S244. In step S244, the reception unit 12D determines whether the modeling instruction is received from the input unit 14A. If it is determined that the molding instruction has been received (step S244: Yes), the process proceeds to step S246.

ステップS246では、造形制御部13Iが、第2応力が第1応力未満であるときに、該第2応力の算出に用いた第2力学モデルに含まれる人工関節モデルに応じた三次元形状の人工関節模型を造形するように、造形部15を制御する(ステップS246)。そして、本ルーチンを終了する。このため、造形部15は、造形制御部13Iの制御によって、関節部に作用する応力の低減された三次元形状の人工関節模型を造形する。 In step S246, when the second stress is less than the first stress, the modeling control unit 13I generates an artificial three-dimensional shape corresponding to the artificial joint model included in the second mechanical model used to calculate the second stress. The modeling unit 15 is controlled so as to model the joint model (step S246). Then, this routine ends. Therefore, the modeling unit 15 models the three-dimensional artificial joint model in which the stress acting on the joint is reduced under the control of the modeling control unit 13I.

なお、ステップS246において、表示制御部13Hが、記憶部16に記憶されている第2応力画像の一覧を表示部14Bに表示してもよい。そして、ユーザによる入力部14Aの操作により、ユーザの所望の第2応力画像が選択されると、造形制御部13Iは、選択された第2応力画像によって示される第2応力の算出に用いた第2力学モデルに含まれる、人工関節モデルに応じた人工関節模型を造形するように、造形部15を制御してもよい。 In addition, in step S246, the display control unit 13H may display the list of the second stress images stored in the storage unit 16 on the display unit 14B. Then, when the second stress image desired by the user is selected by the operation of the input unit 14A by the user, the modeling control unit 13I uses the second stress image indicated by the selected second stress image to calculate the second stress. The modeling unit 15 may be controlled so as to model an artificial joint model included in the two-dynamic model and corresponding to the artificial joint model.

なお、ステップS244で否定判断すると(ステップS244:No)、本ルーチンを終了する。 If a negative determination is made in step S244 (step S244: No), this routine ends.

以上説明したように、本実施の形態の画像解析装置11Aは、第1取得部12Aと、構築部12Eと、第1算出部13Bと、第2算出部13Cと、第3算出部12Fと、第2取得部13Eと、第4算出部13Fと、を備える。 As described above, the image analysis device 11A of the present embodiment includes the first acquisition unit 12A, the construction unit 12E, the first calculation unit 13B, the second calculation unit 13C, and the third calculation unit 12F. The second acquisition unit 13E and the fourth calculation unit 13F are provided.

第1取得部12Aは、被検体の関節部および関節部に連続する骨部に関する画像を取得する。構築部12Eは、画像から、骨部および関節部の三次元形状と、骨部および関節部における荷重と変形との関係特性と、を示す第1力学モデルを構築する。第1算出部13Bは、関節部に連続する骨部の位置関係を算出する。第2算出部13Cは、位置関係から、関節部に連続する骨部に筋によって作用する作用力を算出する。第3算出部12Fは、第1力学モデルと作用力とに基づいて、関節部に作用する第1応力を算出する。第2取得部13Eは、人工関節の三次元形状と設置位置とを示す人工関節モデルを取得する。第4算出部13Fは、第1力学モデルに人工関節モデルを加えた第2力学モデルと作用力とに基づいて、人工関節に作用する第2応力を算出する。 The first acquisition unit 12A acquires an image of a joint part of a subject and a bone part continuous to the joint part. The constructing unit 12E constructs a first dynamic model showing the three-dimensional shapes of the bone and joint and the relational characteristics of the load and deformation in the bone and joint from the image. The first calculator 13B calculates the positional relationship between the bones that are continuous with the joint. The second calculator 13C calculates the acting force exerted by the muscle on the bone part continuous to the joint part from the positional relationship. The third calculator 12F calculates the first stress acting on the joint based on the first dynamic model and the acting force. The second acquisition unit 13E acquires an artificial joint model indicating the three-dimensional shape and the installation position of the artificial joint. The fourth calculator 13F calculates the second stress acting on the artificial joint based on the second mechanical model obtained by adding the artificial joint model to the first mechanical model and the acting force.

このように、本実施の形態の画像解析装置11Aは、第1の実施の形態と同様に、関節部に連続する骨部に筋によって作用する作用力と、第1力学モデルと、を用いて、関節部に作用する第1応力を算出する。このため、本実施の形態の画像解析装置11Aでは、筋によって作用する力を加味した、関節部に作用する応力を算出することができる。 As described above, the image analysis apparatus 11A of the present embodiment uses the action force exerted by the muscle on the bone part continuous to the joint part and the first dynamic model, as in the first embodiment. , The first stress acting on the joint is calculated. Therefore, the image analysis device 11A according to the present embodiment can calculate the stress acting on the joint part, in consideration of the force acting by the muscle.

また、本実施の形態の画像解析装置11Aは、作用力と、人工関節モデルと、を用いて、人工関節に作用する第2応力を算出する。 Further, the image analysis device 11A of the present embodiment calculates the second stress acting on the artificial joint using the acting force and the artificial joint model.

従って、本実施の形態の画像解析装置11Aでは、被検体の関節部に作用する応力を高精度に算出することができると共に、人工関節の設置前後の応力(第1応力、第2応力)を高精度に算出することができる。このため、本実施の形態の画像解析装置11Aは、人工関節を設置するための手術前のシミュレーションなどに好適に利用することができる。 Therefore, in the image analysis apparatus 11A of the present embodiment, the stress acting on the joint part of the subject can be calculated with high accuracy, and the stress (first stress, second stress) before and after the installation of the artificial joint can be calculated. It can be calculated with high accuracy. Therefore, the image analysis device 11A of the present embodiment can be suitably used for a simulation before surgery for installing an artificial joint.

(第3の実施の形態)
本実施の形態では、被検体における解析対象の関節部を含む部位に、荷重による第1の負荷状態で撮影した画像と、被検体に第1の負荷状態より荷重の小さい第2の負荷状態で撮影した画像と、を取得する場合を説明する。
(Third Embodiment)
In the present embodiment, an image captured in a first load state due to a load on a site including a joint part to be analyzed in the subject and a second load state in which the subject has a smaller load than the first load state A case where a captured image and a captured image are acquired will be described.

第1の負荷状態とは、被検体における解析対象の関節部を含む部位に、所定の荷重を負荷した状態を示す。第2の負荷状態とは、被検体における解析対象の関節部を含む部位に、第1の負荷状態より小さい荷重を負荷した状態を示す。 The first load state refers to a state in which a predetermined load is applied to a part of the subject including a joint part to be analyzed. The second load state refers to a state in which a load smaller than the first load state is applied to a portion of the subject including the joint part to be analyzed.

なお、第1の負荷状態において負荷する荷重は、1種類ではなく、値の異なる複数種類の荷重を含んでいてもよい。また、第2の負荷状態において負荷する荷重についても同様に、1種類ではなく、値の異なる複数種類の荷重を含んでいてもよい。なお、第2の負荷状態は、負荷の無い状態(すなわち、荷重「0」の状態)を含むものとする。 The load applied in the first load state may include a plurality of types of loads having different values, instead of one type. Similarly, the load applied in the second load state may include a plurality of types of loads having different values instead of one type. It should be noted that the second load state includes a state without load (that is, a state where the load is “0”).

図15は、本実施の形態の画像解析装置11Bの構成図である。画像解析装置11Bは、外部装置60に接続されている。外部装置60は、画像解析装置11Bにおける解析対象の画像を撮影する装置である。なお、画像解析装置11Bは、外部装置60を含む構成であってもよい。 FIG. 15 is a configuration diagram of the image analysis apparatus 11B of the present embodiment. The image analysis device 11B is connected to the external device 60. The external device 60 is a device that captures an image to be analyzed by the image analysis device 11B. The image analysis device 11B may include the external device 60.

図16は、外部装置60の一例を示す模式図である。外部装置60は、撮影部60Aと、支持台62と、駆動部60Bと、通信部60Cと、制御部60Dと、固定部66と、荷重負荷部64と、圧力センサ65と、ガイド部材63と、を備える。制御部60Dは、外部装置60を制御する。制御部60Dは、撮影部60A、駆動部60B、通信部60C、および圧力センサ65にデータや信号授受可能に接続されている。 FIG. 16 is a schematic diagram showing an example of the external device 60. The external device 60 includes an imaging unit 60A, a support base 62, a drive unit 60B, a communication unit 60C, a control unit 60D, a fixing unit 66, a load applying unit 64, a pressure sensor 65, and a guide member 63. , Is provided. The control unit 60D controls the external device 60. The control unit 60D is connected to the image capturing unit 60A, the driving unit 60B, the communication unit 60C, and the pressure sensor 65 so that data and signals can be exchanged.

支持台62は、被検体Hを支持する台である。支持台62には、支持台62の長手方向に沿って長いガイド部材63が設けられている。ガイド部材63には、駆動部60B、および荷重負荷部64が設けられている。荷重負荷部64は、ガイド部材63の長手方向に沿って移動可能に設けられている。駆動部60Bは、荷重負荷部64をガイド部材63の長手方向に往復移動させる。固定部66は、支持台62に固定されている。 The support base 62 is a base that supports the subject H. The support base 62 is provided with a long guide member 63 along the longitudinal direction of the support base 62. The guide member 63 is provided with a drive unit 60B and a load applying unit 64. The load applying portion 64 is provided so as to be movable along the longitudinal direction of the guide member 63. The drive unit 60B reciprocates the load applying unit 64 in the longitudinal direction of the guide member 63. The fixed portion 66 is fixed to the support base 62.

例えば、支持台62上に被検体Hが横たわったとする。そして、固定部66を例えば、被検体Hの腰部などに固定する。この状態で、制御部60Dの制御によって、荷重負荷部64を固定部66に近づく方向にガイド部材63に沿って移動させると、被検体Hには負荷がかかった状態となる。被検体Hにかかる負荷は、圧力センサ65によって検知される。また、制御部60Dの制御によって、荷重負荷部64を固定部66から離れる方向にガイド部材63に沿って移動させると、被検体Hは負荷のかかった状態から解放される。なお、被検体Hの解析対象領域(例えば、膝など)を含む部位を間に挟みこむように固定部66と荷重負荷部64が位置するように、被検体H、固定部66、および荷重負荷部64の位置を予め調整すればよい。 For example, it is assumed that the subject H lies on the support table 62. Then, the fixing portion 66 is fixed to, for example, the waist of the subject H or the like. In this state, if the load applying section 64 is moved along the guide member 63 in the direction approaching the fixed section 66 under the control of the control section 60D, the subject H will be under a load. The load applied to the subject H is detected by the pressure sensor 65. Further, when the load loading section 64 is moved along the guide member 63 in the direction away from the fixed section 66 under the control of the control section 60D, the subject H is released from the loaded state. It should be noted that the subject H, the fixing portion 66, and the load applying portion are arranged so that the fixing portion 66 and the load applying portion 64 are positioned so as to sandwich a region including the analysis target region (for example, knee) of the subject H. The position of 64 may be adjusted in advance.

撮影部60Aは、CT画像やMR画像を撮影する。撮影部60Aは図示を省略する駆動機構によって、支持台62の長手方向に移動可能に設けられている。このため、撮影部60Aは、制御部60Dの制御によって、被検体Hの少なくとも解析対象領域に、荷重による第1の負荷状態で撮影した画像と、荷重による第2の負荷状態で撮影した画像と、を撮影可能である。 The image capturing unit 60A captures CT images and MR images. The imaging unit 60A is provided so as to be movable in the longitudinal direction of the support base 62 by a drive mechanism (not shown). Therefore, the imaging unit 60A, under the control of the control unit 60D, an image captured in the first load state due to the load and an image captured in the second load state due to the load, in at least the analysis target region of the subject H. , Can be photographed.

通信部60Cは、画像解析装置11Bの制御部17と通信する。このため、通信部60Cは、撮影部60Aが撮影した画像(例えば、CT画像)を画像解析装置11Bへ送信する。 The communication unit 60C communicates with the control unit 17 of the image analysis device 11B. Therefore, the communication unit 60C transmits an image (for example, a CT image) captured by the image capturing unit 60A to the image analysis device 11B.

図15に戻り、画像解析装置11Bは、制御部17と、UI部14と、記憶部16と、造形部15と、を備える。UI部14、記憶部16、造形部15、および外部装置60は、制御部17にデータや信号授受可能に接続されている。 Returning to FIG. 15, the image analysis device 11B includes a control unit 17, a UI unit 14, a storage unit 16, and a modeling unit 15. The UI unit 14, the storage unit 16, the modeling unit 15, and the external device 60 are connected to the control unit 17 so that data and signals can be exchanged.

UI部14、記憶部16、および造形部15は、第2の実施の形態と同様である。 The UI unit 14, the storage unit 16, and the modeling unit 15 are the same as those in the second embodiment.

制御部17は、画像解析装置11Bを制御する。制御部17は、第1取得部17Aと、第2制御部17Bと、第1算出部13Bと、第2算出部17Cと、第1制御部13Dと、受付部12Dと、構築部12Eと、第3算出部12Fと、第2取得部13Eと、第4算出部13Fと、生成部13Gと、表示制御部13Hと、造形制御部13Iと、を含む。 The control unit 17 controls the image analysis device 11B. The control unit 17 includes a first acquisition unit 17A, a second control unit 17B, a first calculation unit 13B, a second calculation unit 17C, a first control unit 13D, a reception unit 12D, and a construction unit 12E. The third calculator 12F, the second acquirer 13E, the fourth calculator 13F, the generator 13G, the display controller 13H, and the modeling controller 13I are included.

第1取得部17A、第2制御部17B、第1算出部13B、第2算出部17C、第1制御部13D、受付部12D、構築部12E、第3算出部12F、第2取得部13E、第4算出部13F、生成部13G、表示制御部13H、および造形制御部13Iの一部またはすべては、例えば、CPUなどの処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現してもよいし、ICなどのハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。 First acquisition unit 17A, second control unit 17B, first calculation unit 13B, second calculation unit 17C, first control unit 13D, reception unit 12D, construction unit 12E, third calculation unit 12F, second acquisition unit 13E, Part or all of the fourth calculation unit 13F, the generation unit 13G, the display control unit 13H, and the modeling control unit 13I may be realized by causing a processing device such as a CPU to execute a program, that is, by software. However, it may be realized by hardware such as an IC, or may be realized by using software and hardware together.

第1算出部13B、第1制御部13D、受付部12D、構築部12E、第3算出部12F、第2取得部13E、第4算出部13F、生成部13G、表示制御部13H、および造形制御部13Iは、第2の実施の形態と同様である。 1st calculation part 13B, 1st control part 13D, acceptance part 12D, construction part 12E, 3rd calculation part 12F, 2nd acquisition part 13E, 4th calculation part 13F, generation part 13G, display control part 13H, and modeling control. The part 13I is the same as that of the second embodiment.

第1取得部17Aは、被検体の関節部および関節部に連続する骨部に関する画像(本実施の形態では、CT画像である場合を説明する)を取得する。本実施の形態では、第1取得部17Aは、外部装置60から、被検体における解析対象の関節部を含む部位に、第2の負荷状態で撮影したCT画像(第1画像と称する)と、第1の負荷状態で撮影したCT画像(第2画像と称する)と、を外部装置60から取得する。 The first acquisition unit 17A acquires an image (in the present embodiment, a case of a CT image will be described) regarding a joint part of a subject and a bone part continuous to the joint part. In the present embodiment, the first acquisition unit 17A, from the external device 60, a CT image (referred to as a first image) taken in a second load state on a region of the subject including a joint to be analyzed, A CT image (referred to as a second image) taken in the first load state and the external device 60 are acquired.

なお、本実施の形態では、一例として、第2の負荷状態が、負荷をかけない状態である場合を説明する。しかし、上述したように、第2の負荷状態は、第1の負荷状態より荷重の小さい負荷状態であればよく、この例に限定されない。 In the present embodiment, as an example, a case where the second load state is a state in which no load is applied will be described. However, as described above, the second load state may be a load state in which the load is smaller than the first load state, and is not limited to this example.

第2制御部17Bは、被検体における解析対象の関節部を含む部位に、例えば、負荷をかけない状態(第2の負荷状態)で撮影した第1画像と、該部位に負荷をかけた状態(第1の負荷状態)で撮影した第2画像と、を撮影するように、外部装置60を制御する。なお、第2制御部17Bは、荷重の強さを調整することで、複数種類の荷重を負荷した状態(複数の第1の負荷状態)や、複数の第2の負荷状態の各々で撮影した、複数の第1画像や複数の第2画像を撮影するように、外部装置60を制御してもよい。 The second control unit 17B, for example, a first image captured in a state in which no load is applied (a second load state) to a site including a joint part to be analyzed in the subject, and a state in which the site is loaded. The external device 60 is controlled to capture the second image captured in the (first load state). Note that the second control unit 17B adjusts the strength of the load to take images in a state in which a plurality of types of loads are loaded (a plurality of first load states) and a plurality of second load states. The external device 60 may be controlled so as to capture a plurality of first images and a plurality of second images.

外部装置60の制御部60Dは、第2制御部17Bから撮影指示を受け付けると、駆動部60Bおよび撮影部60Aを制御することによって、被検体Hに負荷をかけない状態(第2の負荷状態)で撮影を行い、第1画像を得る。また、制御部60Dは、駆動部60Bおよび撮影部60Aを制御することによって、被検体Hに荷重による負荷をかけた状態(第1の負荷状態)で撮影を行い、第2画像を得る。 When the control unit 60D of the external device 60 receives the imaging instruction from the second control unit 17B, the control unit 60D controls the driving unit 60B and the imaging unit 60A so as not to apply a load to the subject H (second load state). The first image is obtained by shooting. Further, the control unit 60D controls the drive unit 60B and the imaging unit 60A to perform imaging in a state where the load is applied to the subject H (first load state), and a second image is obtained.

なお、荷重による負荷をかけた状態とは、例えば、圧力センサ65によって予め定めた圧力値(荷重)が検出された状態を示す。制御部60Dは、該圧力値が圧力センサ65によって検出されるまで、荷重負荷部64を固定部66に近づく方向に動かすように駆動部60Bを制御し、該圧力値が検出されたときに、撮影を行うように撮影部60Aを制御する。なお、制御部60Dは、関節部に与える荷重だけでなく、関節の可動範囲を制御してもよい。また、制御部60Dは、圧力センサの他に、荷重を直接計測可能な装置(例えば、ロードセルなど)を用いて、荷重を検出してもよい。 It should be noted that the state in which a load is applied means a state in which a predetermined pressure value (load) is detected by the pressure sensor 65, for example. The control unit 60D controls the drive unit 60B so as to move the load loading unit 64 in a direction approaching the fixed unit 66 until the pressure value is detected by the pressure sensor 65, and when the pressure value is detected, The image capturing unit 60A is controlled so as to perform image capturing. The control unit 60D may control not only the load applied to the joint portion but also the movable range of the joint. In addition to the pressure sensor, the control unit 60D may detect the load using a device that can directly measure the load (for example, a load cell).

そして、制御部60Dは、得られた画像を第2画像として用いる。また、制御部60Dは、圧力センサ65によって検出される圧力値が「0」となるまで、荷重負荷部64を固定部66から離れる方向に動かすように駆動部60Bを制御し、圧力値「0」が検出されたときに、撮影を行うように撮影部60Aを制御する。そして、得られた画像を第1画像として扱う。そして、通信部60Cは、得られた第1画像および第2画像を、画像解析装置11Bへ送信する。これにより、第1取得部17Aは、第1画像および第2画像を得る。 Then, the control unit 60D uses the obtained image as the second image. Further, the control unit 60D controls the drive unit 60B so as to move the load loading unit 64 in the direction away from the fixed unit 66 until the pressure value detected by the pressure sensor 65 becomes "0", and the pressure value "0". When "" is detected, the image capturing unit 60A is controlled to perform image capturing. Then, the obtained image is treated as the first image. Then, the communication unit 60C transmits the obtained first image and second image to the image analysis device 11B. As a result, the first acquisition unit 17A obtains the first image and the second image.

なお、第1算出部13B、第1制御部13D、受付部12D、構築部12E、第3算出部12F、第2取得部13E、第4算出部13F、生成部13G、表示制御部13H、および造形制御部13Iは、CT画像として第1画像(負荷のかかっていない第2の負荷状態で撮影された画像)を用いて、第2の実施の形態と同様の処理を実行すればよい。 The first calculation unit 13B, the first control unit 13D, the reception unit 12D, the construction unit 12E, the third calculation unit 12F, the second acquisition unit 13E, the fourth calculation unit 13F, the generation unit 13G, the display control unit 13H, and The modeling control unit 13I may execute the same processing as that in the second embodiment using the first image (image captured in the second load state where no load is applied) as the CT image.

第2算出部17Cは、第1算出部13Bが算出した位置関係と、筋部の長さを示す特徴量と、圧力センサ65で取得した圧力値(すなわち、撮影時に負荷した荷重)を用いて、関節部に連続する複数の骨部に筋によって作用する作用力を算出する。 The second calculator 17C uses the positional relationship calculated by the first calculator 13B, the characteristic amount indicating the length of the muscle portion, and the pressure value acquired by the pressure sensor 65 (that is, the load applied at the time of imaging). , The acting force exerted by the muscle on a plurality of bone parts continuous to the joint part is calculated.

本実施の形態では、第2算出部17Cは、骨部に結合した筋の筋張力、関節部に作用するトルク、および、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性の少なくとも1つを、作用力として算出する。なお、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性は、例えば、骨部に付着する軟組織(腱や軟骨など)の硬さである。 In the present embodiment, the second calculating unit 17C has at least one of the relationship between the muscle tension of the muscle connected to the bone, the torque acting on the joint, and the load and deformation of the soft tissue attached to the bone. Is calculated as the acting force. The relationship between the load and the deformation of the soft tissue attached to the bone part is, for example, the hardness of the soft tissue (tendon, cartilage, etc.) attached to the bone part.

具体的には、第2算出部17Cは、第1算出部13Bが算出した位置関係と特徴量と、を用いて、第1の実施の形態の第2算出部12Cと同様にして逆動力学計算を行うことによって、関節部に筋によって作用する作用力を算出する。 Specifically, the second calculation unit 17C uses the positional relationship and the feature amount calculated by the first calculation unit 13B to perform the inverse dynamics in the same manner as the second calculation unit 12C of the first embodiment. By performing the calculation, the acting force exerted by the muscle on the joint is calculated.

なお、第2の実施の形態では、第2算出部13Cは、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性(例えば、腱や軟骨の硬さ)については、予め記憶部16に記憶した、標準の硬さ(骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性)を読取ることによって算出してもよいことを説明した。 In the second embodiment, the second calculating unit 13C stores in advance the storage unit 16 with respect to the relationship characteristic between the load and the deformation of the soft tissue attached to the bone (for example, the hardness of tendon or cartilage). It was explained that the calculation may be performed by reading the standard hardness (relationship characteristic between load and deformation of soft tissue attached to bone).

一方、本実施の形態では、第2算出部17Cは、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性を、第1取得部17Aが取得した第1画像と第2画像を用いて算出する。 On the other hand, in the present embodiment, the second calculating unit 17C calculates the relationship characteristic between the load and the deformation of the soft tissue attached to the bone using the first image and the second image acquired by the first acquiring unit 17A. To do.

例えば、第2算出部17Cは、第1画像から抽出した軟組織の長さと、第2画像から抽出した同じ軟組織の長さと、外部装置60が第2画像の撮影時に負荷した荷重と、を用いて、公知の計算を行うことにより、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性を算出する。 For example, the second calculator 17C uses the length of the soft tissue extracted from the first image, the length of the same soft tissue extracted from the second image, and the load applied by the external device 60 at the time of capturing the second image. By performing known calculation, the relational characteristic between the load and the deformation of the soft tissue attached to the bone part is calculated.

なお、第2算出部17Cは、撮影時に負荷した荷重の異なる複数の第2画像を取得した場合には、複数の第2画像の各々について、第1画像から抽出した軟組織の長さと、第2画像から抽出した同じ軟組織の長さと、外部装置60が該第2画像の撮影時に負荷した荷重と、を用いて、公知の計算を行うことにより、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性を算出すればよい。 It should be noted that, when the second calculator 17C acquires a plurality of second images having different loads applied at the time of imaging, for each of the plurality of second images, the length of the soft tissue extracted from the first image and the second Using the same soft tissue length extracted from the image and the load applied by the external device 60 at the time of capturing the second image, a well-known calculation is performed to determine the load and deformation of the soft tissue attached to the bone part. The relationship characteristic may be calculated.

次に、画像解析装置11Bが実行する画像解析処理の手順を説明する。図17は、画像解析装置11Bが実行する画像解析処理の手順を示すフローチャートである。 Next, the procedure of the image analysis process executed by the image analysis device 11B will be described. FIG. 17 is a flowchart showing the procedure of the image analysis process executed by the image analysis device 11B.

まず、受付部12Dが入力部14Aから解析指示を受付けたか否かを判断する(ステップS300)。ステップS300の処理は、ステップS200(図14参照)の処理と同様である。 First, the receiving unit 12D determines whether or not the analysis instruction is received from the input unit 14A (step S300). The process of step S300 is the same as the process of step S200 (see FIG. 14).

ステップS300で肯定判断すると(ステップS300:Yes)、第1取得部17Aが第1画像を外部装置60から取得する(ステップS302)。 When a positive determination is made in step S300 (step S300: Yes), the first acquisition unit 17A acquires the first image from the external device 60 (step S302).

次に、第2制御部17Bが、負荷をかけた第2画像の取得を指示する負荷信号を外部装置60へ送信する(ステップS304)。負荷信号を受け付けた外部装置60は、制御部60Dの制御によって、被検体における解析対象の関節部を含む部位に予め定めた圧力値の負荷をかけた第1の負荷状態で撮影し、第2画像を得る。 Next, the second control unit 17B transmits a load signal instructing acquisition of the loaded second image to the external device 60 (step S304). The external device 60 that has received the load signal, under the control of the control unit 60D, takes an image in a first load state in which a load of a predetermined pressure value is applied to a region of the subject including a joint part to be analyzed, Get the image.

次に、第1取得部17Aが、外部装置60から第2画像を取得する(ステップS306)。第1取得部17Aは、ステップS302で取得した第1画像と、ステップS306で取得した第2画像と、を記憶部16に記憶する(ステップS308)。 Next, the first acquisition unit 17A acquires the second image from the external device 60 (step S306). The first acquisition unit 17A stores the first image acquired in step S302 and the second image acquired in step S306 in the storage unit 16 (step S308).

次に、制御部17では、第2の実施の形態で用いたCT画像に代えて、ステップS302で取得した第1画像を用いる以外は、第2の実施の形態のステップS204〜ステップS246と同様にして、ステップS310〜ステップS352の処理を実行する。そして、本ルーチンを終了する。 Next, the control unit 17 is similar to steps S204 to S246 of the second embodiment, except that the first image acquired in step S302 is used instead of the CT image used in the second embodiment. Then, the processing of steps S310 to S352 is executed. Then, this routine ends.

ここで、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性は、被検体によって大きく異なる場合がある。 Here, the relationship characteristic between the load and the deformation of the soft tissue attached to the bone part may vary greatly depending on the subject.

一方、本実施の形態の画像解析装置11Bでは、被検体における解析対象を含む部位に、第1の負荷状態より荷重の小さい第2の負荷状態で撮影した第1画像と、該部位に荷重による第1の負荷状態で撮影した第2画像と、を用いて、骨部に付着する軟組織の荷重と変形との関係特性を算出する。そして、画像解析装置11Bでは、第2の実施の形態と同様の処理を行う。 On the other hand, in the image analysis apparatus 11B according to the present embodiment, the first image captured in the second load state in which the load is smaller than the first load state in the site including the analysis target in the subject and the load in the site Using the second image captured in the first load state, the relationship characteristic between the load and the deformation of the soft tissue attached to the bone part is calculated. Then, the image analysis apparatus 11B performs the same processing as that in the second embodiment.

このため、本実施の形態の画像解析装置11Bでは、上記実施の形態に比べて、更に精度良く、被検体の関節部に作用する第1応力を算出することができる。 Therefore, the image analysis apparatus 11B of the present embodiment can calculate the first stress acting on the joint of the subject with higher accuracy than in the above-described embodiments.

(第4の実施の形態)
次に、上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bのハードウェア構成を説明する。図18は、上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bのハードウェア構成例を示すブロック図である。
(Fourth Embodiment)
Next, the hardware configuration of the image analysis devices 10, 11A, and 11B of the above-described embodiment will be described. FIG. 18 is a block diagram showing a hardware configuration example of the image analysis devices 10, 11A, and 11B of the above-described embodiment.

上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bは、CPU800、ROM(Read Only Memory)820、RAM(Random Access Memory)840、HDD(Hard Disk Drive)(図示省略)、および通信I/F(Interface)860を有する。CPU800、ROM820、RAM840、HDD(図示省略)、および通信I/F860は、バスにより相互に接続されており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。 The image analysis devices 10, 11A, and 11B of the above-described embodiments include a CPU 800, a ROM (Read Only Memory) 820, a RAM (Random Access Memory) 840, an HDD (Hard Disk Drive) (not shown), and a communication I/F (not shown). Interface) 860. The CPU 800, the ROM 820, the RAM 840, the HDD (not shown), and the communication I/F 860 are interconnected by a bus, and have a hardware configuration using a normal computer.

上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bで実行される画像解析処理を実行するためのプログラムは、ROM820等に予め組み込んで提供される。 A program for executing the image analysis processing executed by the image analysis devices 10, 11A, and 11B of the above-described embodiments is provided by being pre-installed in the ROM 820 or the like.

なお、上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bで実行される画像解析処理を実行するためのプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フロッピー(登録商標)ディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供するように構成してもよい。 The program for executing the image analysis processing executed by the image analysis apparatuses 10, 11A, and 11B of the above-described embodiments is a CD-ROM, which is a file in a format installable or executable in these apparatuses, It may be configured to be provided by being recorded in a computer-readable recording medium such as a floppy (registered trademark) disk (FD), a CD-R, a DVD (Digital Versatile Disk).

また、上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bで実行される画像解析処理を実行するためのプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bで実行される画像解析処理を実行するためのプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。 Further, a program for executing the image analysis processing executed by the image analysis apparatus 10, 11A, 11B according to the above-described embodiment is stored in a computer connected to a network such as the Internet and is downloaded via the network. It may be configured to be provided by. Further, the program for executing the image analysis processing executed by the image analysis apparatus 10, 11A, 11B of the above-described embodiment may be provided or distributed via a network such as the Internet.

上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bで実行される画像解析処理を実行するためのプログラムは、上述した各機能部を含むモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしてはCPU800がROM820等の記憶媒体から各プログラムを読み出して実行することにより上記各機能部が主記憶装置上にロードされ、主記憶装置上に生成されるようになっている。 The program for executing the image analysis processing executed by the image analysis devices 10, 11A, and 11B of the above-described embodiment has a module configuration including the above-described functional units. As actual hardware, the CPU 800 reads each program from a storage medium such as the ROM 820 and executes the program to load the above functional units onto the main storage device and generate them on the main storage device.

<変形例>
なお、上記実施の形態では、画像解析装置10、11A、11Bにおける第3算出部12Fは、第1力学モデルと作用力とに基づいて、関節部に作用する第1応力を算出する場合を説明した。しかし、第3算出部12Fは、第1応力に代えて、または第1応力と共に、関節部に作用する第1圧力を算出してもよい。第1圧力の算出についても、第3算出部12Fは、第1応力と同様にして算出すればよい。
<Modification>
In the above embodiment, the case where the third calculation unit 12F in the image analysis device 10, 11A, 11B calculates the first stress acting on the joint based on the first dynamic model and the acting force will be described. did. However, the third calculator 12F may calculate the first pressure acting on the joint portion instead of or together with the first stress. Regarding the calculation of the first pressure, the third calculator 12F may calculate the first pressure in the same manner as the first stress.

また、上記実施の形態では、画像解析装置11A、11Bにおける第4算出部13Fは、第2力学モデルと作用力とに基づいて、人工関節に作用する第2応力を算出する場合を説明した。しかし、第4算出部13Fは、第2応力に代えて、または第2応力と共に、人工関節に作用する第2圧力を算出してもよい。第2圧力の算出についても、第4算出部13Fは、第2応力と同様にして算出すればよい。 Moreover, in the said embodiment, the case where the 4th calculation part 13F in image analysis apparatus 11A, 11B calculated the 2nd stress which acts on an artificial joint based on a 2nd dynamic model and an acting force was demonstrated. However, the fourth calculator 13F may calculate the second pressure acting on the artificial joint instead of or together with the second stress. Regarding the calculation of the second pressure, the fourth calculator 13F may calculate the second pressure in the same manner as the second stress.

なお、上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bは、被検体を撮影する撮影機構を装備する如何なる種類の画像解析装置にも適用可能である。上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bは、例えば、X線コンピュータ断層撮影装置(X線CT装置)、磁気共鳴診断装置、超音波診断装置、SPECT(Single Photon Emission CT)装置、PET(Positron Emission Tomography)装置、および放射線治療装置などに適宜利用可能である。 The image analysis devices 10, 11A, and 11B of the above embodiments can be applied to any type of image analysis device equipped with an imaging mechanism for imaging a subject. The image analysis apparatuses 10, 11A, and 11B of the above-described embodiments are, for example, an X-ray computed tomography apparatus (X-ray CT apparatus), a magnetic resonance diagnostic apparatus, an ultrasonic diagnostic apparatus, a SPECT (Single Photon Emission CT) apparatus, a PET. (Positron Emission Tomography) device, radiotherapy device, etc.

また、上記実施の形態では、被検体は、人体であるものと仮定して説明した。しかし、被検体は、人体以外の物体であってもよい。例えば、被検体は、靴であってもよい。この場合、物体における関節部は、物体における剛性が閾値以上の2つの部位間に位置する部位であればよい。また、関節部に連続する骨部は、該関節部に相当する部位に連続する、剛性が閾値以上の部位であればよい。また、関節部に連続する骨部に筋によって作用する作用力は、物体における、関節部に相当する部位に連続する骨部に相当する部位に、骨部に相当する部位以外の物体(例えば、補強用の部材など)によって作用する作用力とすればよい。 Further, in the above-described embodiment, the subject is assumed to be a human body. However, the subject may be an object other than the human body. For example, the subject may be shoes. In this case, the joint part of the object may be a part that is located between two parts where the rigidity of the object is equal to or greater than a threshold value. Further, the bone part that is continuous with the joint part may be a part that is continuous with the part corresponding to the joint part and has a rigidity equal to or higher than a threshold value. Further, the acting force exerted by the muscle on the bone part continuous to the joint part is applied to the part corresponding to the bone part continuous to the part corresponding to the joint part in the object (for example, an object other than the part corresponding to the bone part). The force may be a force exerted by a reinforcing member or the like).

このため、上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bは、被検体として人体以外の物体を用いた場合にも、適用可能である。 Therefore, the image analysis devices 10, 11A, and 11B of the above-described embodiments are applicable even when an object other than the human body is used as the subject.

また、以上説明したように、上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bは、構築部12Eと、第2算出部12C、13Cと、第3算出部12Fと、表示制御部12H、13Hと、を備える(図1、図8、図15参照)。構築部12Eは、画像から、骨部および関節部の三次元形状と、荷重と変形との関係特性と、を示す第1力学モデルを構築する。第2算出部12C、13Cは、骨部の位置関係から、骨部に筋によって作用する作用力を算出する。第3算出部12Fは、第1力学モデルと作用力とに基づいて、関節部に作用する第1応力を算出する。表示制御部13Hは、第1応力を示す第1応力画像を、表示部14Bに表示する。 Further, as described above, the image analysis devices 10, 11A, and 11B of the above-described embodiments include the construction unit 12E, the second calculation units 12C and 13C, the third calculation unit 12F, and the display control units 12H and 13H. And (see FIGS. 1, 8, and 15). The constructing unit 12E constructs a first dynamic model showing the three-dimensional shapes of the bone and joint and the relational characteristics between load and deformation from the image. The second calculators 12C and 13C calculate the acting force exerted by the muscle on the bone part from the positional relationship of the bone part. The third calculator 12F calculates the first stress acting on the joint based on the first dynamic model and the acting force. The display control unit 13H displays the first stress image showing the first stress on the display unit 14B.

このため、上記実施の形態の画像解析装置10、11A、11Bは、上記実施の形態の効果に加えて、さらに、骨部と関節部との接触面における、第1応力の強さや第1応力の作用する位置や範囲を、ユーザに対して解り易く提供することができる。 Therefore, in addition to the effects of the above-described embodiments, the image analysis devices 10, 11A, and 11B of the above-described embodiments further include the strength of the first stress and the first stress at the contact surface between the bone part and the joint part. It is possible to easily provide the user with the position and the range in which the action of the item.

以上、実施の形態を説明したが、実施の形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施の形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment has been described above, the embodiment and the modified examples are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These new embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. The embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the scope of equivalents thereof.

10、11A、11B 画像解析装置
12A、17A 第1取得部
12B、13B 第1算出部
12C、13C、17C 第2算出部
12D 受付部
12E 構築部
12F 第3算出部
12G、13G 生成部
12H、13H 表示制御部
13D 第1制御部
13E 第2取得部
13F 第4算出部
13I 造形制御部
14B 表示部
15 造形部
17B 第2制御部
10, 11A, 11B Image analysis device 12A, 17A 1st acquisition part 12B, 13B 1st calculation part 12C, 13C, 17C 2nd calculation part 12D reception part 12E construction part 12F 3rd calculation part 12G, 13G generation part 12H, 13H. Display control unit 13D First control unit 13E Second acquisition unit 13F Fourth calculation unit 13I Modeling control unit 14B Display unit 15 Modeling unit 17B Second control unit

Claims (17)

被検体の関節部および前記関節部に連続する骨部に関するCT画像を取得する第1取得部と、
前記CT画像から、前記骨部および前記関節部の三次元形状と、前記骨部および前記関節部における荷重と変形との関係特性と、を構築する構築部と、
前記関節部に連続する前記骨部の位置関係を算出する第1算出部と、
前記位置関係から、前記関節部に連続する前記骨部に筋によって作用する作用力を算出する第2算出部と、
前記三次元形状と前記関係特性とを示す第1力学モデルと、前記作用力と、に基づいて、前記関節部に作用する第1応力を算出する第3算出部と、
を備えた画像解析装置。
A first acquisition unit that acquires a CT image of a joint part of a subject and a bone part continuous to the joint part;
A construction unit that constructs from the CT image a three-dimensional shape of the bone portion and the joint portion, and a relationship characteristic between load and deformation in the bone portion and the joint portion,
A first calculation unit that calculates a positional relationship between the bone portions that are continuous with the joint portion;
A second calculation unit that calculates, based on the positional relationship, an acting force exerted by a muscle on the bone portion that is continuous with the joint portion;
A third calculation unit that calculates a first stress that acts on the joint based on the first dynamic model that shows the three-dimensional shape and the relationship characteristic, and the acting force;
Image analysis device equipped with.
前記構築部は、
記C画像に含まれる前記骨部または前記関節部に連続または付随する、腱、靭帯、および軟骨の変形量を画像解析し、前記腱、靭帯、および軟骨についての荷重と変形との第2関係特性をさらに構築
前記第3算出部は、前記三次元形状と前記関係特性と前記第2関係特性とを示す第1力学モデルと、前記作用力と、に基づいて、前記関節部に作用する第1応力を算出する
請求項1に記載の画像解析装置。
The construction unit is
The continuous or attached to the bone portion or the joint portion included before Symbol C T images, tendons, ligaments, and the deformation of the cartilage image analysis, first the load and deformation of the tendon, ligaments, and cartilage In addition to build a 2 relational characteristics,
The third calculator calculates the first stress acting on the joint based on the first dynamic model showing the three-dimensional shape, the relationship characteristic, and the second relationship characteristic, and the acting force. The image analysis device according to claim 1.
前記構築部は、The construction unit is
前記骨部および前記関節部以外の生体組織であって、荷重以外の要因による変形が生じにくく、且つ、荷重による変形が抽出可能な前記生体組織について、荷重と変形との第2関係特性を更に構築し、Regarding the living tissue other than the bone portion and the joint portion, which is less likely to be deformed by factors other than the load and in which the deformation caused by the load can be extracted, the second relation characteristic between the load and the deformation is further added. Build and
前記第3算出部は、前記三次元形状と、前記関係特性と、前記第2関係特性と、前記作用力と、に基づいて、前記関節部に作用する前記第1応力を算出する、The third calculator calculates the first stress acting on the joint based on the three-dimensional shape, the relationship characteristic, the second relationship characteristic, and the acting force.
請求項1に記載の画像解析装置。The image analysis apparatus according to claim 1.
前記第3算出部は、前記三次元形状と、前記関係特性と、前記作用力と、に基づいて、前記関節部に作用する前記第1応力の分布を算出する、請求項1請求項3の何れか1項に記載の画像解析装置。 The third calculation unit, and the three-dimensional shape, and the relationship characteristics, and the acting force, on the basis of the calculated distribution of the first stress acting on the joint portion, claims 1 to 3 The image analysis device according to any one of 1 . 前記第2算出部は、前記位置関係を用いて逆動力学計算を行い、前記作用力を算出する、請求項1〜請求項の何れか1項に記載の画像解析装置。 The second calculator performs an inverse dynamics calculation using said positional relationship, to calculate the applied force, the image analysis apparatus according to any one of claims 1 to 4. 前記第1算出部は、
前記CT画像から筋部を抽出し、前記筋部の前記骨部に対する起始部と停止部を含む特徴点から、前記筋部の長さを示す特徴量を更に算出し、
前記第2算出部は、
前記位置関係と前記特徴量とを用いて逆動力計算を行い、前記作用力を算出する、
請求項1〜請求項の何れか1項に記載の画像解析装置。
The first calculation unit
A muscle portion is extracted from the CT image, and from a feature point including a start portion and a stop portion of the muscle portion with respect to the bone portion, a feature amount indicating the length of the muscle portion is further calculated,
The second calculation unit
Inverse power calculation is performed using the positional relationship and the feature amount to calculate the acting force.
The image analysis device according to any one of claims 1 to 5 .
前記作用力は、前記骨部に結合した前記筋の筋張力、前記骨部に結合した軟組織の荷重と変形との関係特性、および、前記関節部に作用するトルクの少なくとも1つを含む、
請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の画像解析装置。
The acting force includes at least one of a muscle tension of the muscle connected to the bone portion, a relationship characteristic between a load and deformation of a soft tissue connected to the bone portion, and a torque acting on the joint portion,
The image analysis apparatus according to any one of claims 1 to 6.
人工関節の三次元形状と設置位置とを示す人工関節モデルを取得する第2取得部と、
前記三次元形状と前記関係特性とを示す第1力学モデルに前記人工関節モデルを加えた第2力学モデルと、前記作用力と、に基づいて、前記人工関節に作用する第2応力を算出する第4算出部と、
をさらに備えた、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の画像解析装置。
A second acquisition unit for acquiring an artificial joint model indicating the three-dimensional shape and installation position of the artificial joint;
A second stress acting on the artificial joint is calculated based on the second mechanical model obtained by adding the artificial joint model to the first mechanical model showing the three-dimensional shape and the relationship characteristic, and the acting force. A fourth calculator,
The image analysis apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
前記人工関節の前記三次元形状と、前記設置位置と、の少なくとも1つの変更指示を受け付ける受付部を備え、
前記第4算出部は、
前記第1力学モデルに、受け付けた前記変更指示によって変更された前記人工関節の前記三次元形状および前記設置位置の少なくとも一方を示す前記人工関節モデルを加えた前記第2力学モデルと、前記作用力と、に基づいて、前記人工関節に作用する前記第2応力を算出する、
請求項8に記載の画像解析装置。
A receiving unit that receives at least one change instruction of the three-dimensional shape of the artificial joint and the installation position;
The fourth calculator is
The second dynamic model in which the artificial joint model showing at least one of the three-dimensional shape and the installation position of the artificial joint changed by the received change instruction is added to the first dynamic model, and the acting force. And calculating the second stress acting on the artificial joint,
The image analysis device according to claim 8.
算出した前記第2応力が前記第1応力未満となるまで、前記変更指示の受付と、受け付けた前記変更指示に応じた前記第2応力の算出と、をこの順に繰り返し実行するように、前記受付部および前記第4算出部を制御する第1制御部を備えた、請求項9に記載の画像解析装置。 Until the calculated second stress becomes less than the first stress, the reception of the change instruction and the calculation of the second stress according to the received change instruction are repeatedly performed in this order. The image analysis apparatus according to claim 9, further comprising: a first control unit that controls the unit and the fourth calculation unit. 算出した前記第2応力が前記第1応力未満であるときに、算出に用いた前記第2力学モデルに含まれる前記人工関節モデルに応じた人工関節模型を造形するように、三次元模型を造形する造形部を制御する造形制御部を備えた、請求項8に記載の画像解析装置。 When the calculated second stress is less than the first stress, a three-dimensional model is formed so as to form an artificial joint model corresponding to the artificial joint model included in the second mechanical model used for calculation. The image analysis apparatus according to claim 8, further comprising a modeling control unit that controls the modeling unit that performs printing. 前記第3算出部は、前記第1力学モデルと前記作用力とに基づいて、前記関節部に作用する前記第1応力、または前記関節部に作用する第1圧力を算出する、
請求項8に記載の画像解析装置。
The third calculator calculates the first stress acting on the joint or the first pressure acting on the joint based on the first dynamic model and the acting force.
The image analysis device according to claim 8.
前記第4算出部は、前記第2力学モデルと前記作用力とに基づいて、前記人工関節に作用する第2応力、または前記人工関節に作用する第2圧力を算出する、
請求項8に記載の画像解析装置。
The fourth calculator calculates a second stress acting on the artificial joint or a second pressure acting on the artificial joint based on the second dynamic model and the acting force.
The image analysis device according to claim 8.
前記第1取得部は、
前記被検体に荷重による第1の負荷状態で撮影した画像と、前記被検体に前記第1の負荷状態より荷重の小さい第2の負荷状態で撮影した画像と、を含む前記CT画像を取得し、
前記構築部は、
前記CT画像から、前記骨部および前記関節部の三次元形状と、前記骨部および前記関節部における撮影時に負荷した荷重と変形との前記関係特性と、を構築する、
請求項1〜請求項13の何れか1項に記載の画像解析装置。
The first acquisition unit,
Acquiring the CT image including an image photographed in the subject under a first load condition due to a load and an image photographed in the subject under a second load condition in which the load is smaller than the first load condition. ,
The construction unit is
From the CT image , a three-dimensional shape of the bone part and the joint part and the relationship characteristic between the load and the deformation applied to the bone part and the joint part at the time of imaging are constructed.
The image analysis device according to any one of claims 1 to 13.
被検体の関節部および前記関節部に連続する骨部に関するCT画像を取得するステップと、
前記CT画像から、前記骨部および前記関節部の三次元形状と、前記骨部および前記関節部における荷重と変形との関係特性と、を構築するステップと、
前記関節部に連続する前記骨部の位置関係を算出するステップと、
前記位置関係から、前記関節部に連続する前記骨部に筋によって作用する作用力を算出するステップと、
前記三次元形状と前記関係特性とを示す第1力学モデルと、前記作用力と、に基づいて、前記関節部に作用する第1応力を算出するステップと、
を含む画像解析方法。
Acquiring CT images of a joint part of a subject and a bone part continuous to the joint part;
Constructing from the CT image a three-dimensional shape of the bone part and the joint part, and a relationship characteristic between load and deformation in the bone part and the joint part ;
Calculating a positional relationship between the bone parts continuous to the joint part;
From the positional relationship, a step of calculating an acting force exerted by a muscle on the bone part continuous to the joint part,
Calculating a first stress acting on the joint based on the first dynamic model showing the three-dimensional shape and the relationship characteristic, and the acting force;
Image analysis method including.
被検体の関節部および前記関節部に連続する骨部に関するCT画像を取得するステップと、
前記CT画像から、前記骨部および前記関節部の三次元形状と、前記骨部および前記関節部における荷重と変形との関係特性と、を構築するステップと、
前記関節部に連続する前記骨部の位置関係を算出するステップと、
前記位置関係から、前記関節部に連続する前記骨部に筋によって作用する作用力を算出するステップと、
前記三次元形状と前記関係特性とを示す第1力学モデルと、前記作用力と、に基づいて、前記関節部に作用する第1応力を算出するステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
Acquiring CT images of a joint part of a subject and a bone part continuous to the joint part;
Constructing from the CT image a three-dimensional shape of the bone part and the joint part, and a relationship characteristic between load and deformation in the bone part and the joint part ;
Calculating a positional relationship between the bone parts continuous to the joint part;
From the positional relationship, a step of calculating an acting force exerted by a muscle on the bone part continuous to the joint part,
Calculating a first stress acting on the joint based on the first dynamic model showing the three-dimensional shape and the relationship characteristic, and the acting force;
A program that causes a computer to execute.
CT画像から、骨部および関節部の三次元形状と、前記骨部および前記関節部における荷重と変形との関係特性と、を構築する構築部と、
前記関節部に連続する前記骨部の位置関係から、前記骨部に筋によって作用する作用力を算出する第2算出部と、
前記三次元形状と前記関係特性とを示す第1力学モデルと、前記作用力と、に基づいて、前記関節部に作用する第1応力を算出する第3算出部と、
前記第1応力を示す第1応力画像を、表示部に表示する表示制御部と、
を備えた画像解析装置。
A construction unit that constructs a three-dimensional shape of the bone and joint from the CT image, and a relationship characteristic between the load and deformation in the bone and joint .
A second calculation unit that calculates an acting force exerted by a muscle on the bone portion from a positional relationship of the bone portion that is continuous with the joint portion ;
A third calculation unit that calculates a first stress that acts on the joint based on the first dynamic model that shows the three-dimensional shape and the relationship characteristic, and the acting force;
A display control unit that displays a first stress image showing the first stress on a display unit;
Image analysis device equipped with.
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